Передачи автомата

Mercedes-Benz CLK, автоматическая трансмиссия в разрезе

Без трансмиссии машины ехали бы на одном передаточном числе, которое подбиралось бы исходя из желаемой скорости передвижения. Если такая скорость была бы 120 км/ч, то передаточное число соответствовало бы 3-й передаче современной механики.

Полагаем, что Вы никогда не пытались ездить только на 3-й передаче. А если попробовать, то станет очевидно, что машина совсем не ускоряется на средних оборотах, а на высоких скоростях двигатель ревет около красной зоны. Такая машина очень быстро бы ломалась.

Итак, КПП максимально эффективно использует крутящий момент двигателя для работы на определенной скорости.

Ключевое отличие между механикой и автоматом заключается в следующем: механика включает и выключает разные наборы шестерней для того, чтобы выходной вал получал различные передаточные числа, тогда как автомат использует один и тот же набор шестерней для получения различных передаточных скоростей.

Планетарная передача – это устройство, которое позволяет это делать автомату.

Посмотрим, как работает планетарная передача.

Планетарная передача & Передаточные числа
Если разобрать автомат и заглянуть внутрь, то мы обнаружим огромное скопление частей на маленьком пространстве.

Помимо прочего, Вы увидите:

· Остроумную планетарную передачу

· Набор тормозных лент для включения частей планетарной передачи

· Набор фрикционов для включения других частой планетарной передачи

· Невероятно странная гидравлическая система, которая управляет тормозными лентами и фрикционами

· Большой насос для перегонки трансмиссионного масла

Основной секрет автомата – планетарная передача. Размером с дыню, эта часть автомата производит его все передаточные числа. Все остальное в трансмиссии помогает планетарной передаче выполнять эту задачу. Автомат состоит из двух полных планетарных передач, связанных вместе в один компонент.

Слева направо: коронная шестерня, сателлиты и две солнечные шестерни

Любая планетарная передача состоит из трех составляющих:
· Солнечная шестерня

· Сателлиты

· Коронная шестерня

Каждый из этих компонентов может работать на вход и на выход, а также может быть зафиксирован. Выбирая, какой компонент, какую роль выполняет, мы определяем передаточное число всего соединения.

Посмотрим на одинарную планетарную передачу.

Одна из планетарных передач нашей трансмиссии имеет коронную шестерню с 72 зубьями и солнечную шестерню с 30 зубьями. Мы можем получить много передаточных чисел для этой пары.

Если затормозить два из трех компонентов планетарной передачи, то передаточное число всего механизма станет равным 1: 1. Обратите внимание, что первое передаточное соотношение – это понижение – выходная скорость ниже входной. Второе соотношение - овердрайв – выходная скорость выше входной. Последнее соотношение – снова понижение, при этом направление движения на выходе противоположное. Из этой конструкции можно получить еще несколько передаточных соотношений, но именно эти имеют отношение к автоматической трансмиссии. Вы можете посмотреть работу планетарной передачи в движении:

Нажимайте на кнопки слева в таблице.
Сложная планетарная передача
Эта автоматическая передача использует набор шестерен и выглядит как одинарная планетарная передача, но на самом деле работает как две планетарные передачи, соединенные вместе. У нее одна коронная шестерня, которая всегда выдает крутящий момент на выход, но две солнечные шестерни и два набора сателлитов. Рассмотрим, как выглядит такая передача:
Как собирают шестерни в единый механизм

Слева направо: коронная шестерня, водило сателлитов, 2 солнечные шестерни

Фото ниже показывает расположение сателлитов в водиле. Обратите внимание, что сателлит справа сидит ниже сателлита слева. Сателлит справа не зацепляется с коронной шестерней – он соединяется с другим сателлитом. Только сателлит слева зацепляется с коронной шестерней.

Вот так выглядит водило сателлитов. Короткие шестерни сателлитов соединены только с малой солнечной шестерней. Длинные сателлиты зацепляются с большей солнечной шестерней и с малыми сателлитами.

Анимация ниже показывает, как все эти части собираются в автоматическую КПП. Передвиньте рычаг АКПП, чтобы увидеть распределение мощностных потоков (красный цвет) и заторможенных частей (синий цвет).

Итак, этот тип передачи может производить все эти различные передаточные числа без необходимости включать и выключать передачи. С двумя такими передачами мы получаем 4 передачи и одну передачу назад – все, что нужно нашей КПП. Позднее мы посмотрим, как наши две планетарные передачи работают в едином узле.

Передачи автомата

Первая передача
На первой передаче меньшая солнечная шестерня приводится в движение по часовой стрелке при помощи гидротрансформатора. Водило сателлитов пытается вращаться против часовой стрелки, но удерживается на месте однонаправленным фрикционом (который позволяет осуществлять вращение только по часовой стрелке), коронная передача вращается по направлению входного вращения. Малая солнечная передача имеет 30 зубьев, а коронная - 72, то есть передаточное число К:

К = -R/S = - 72/30 = -2.4: 1

Направление вращения отрицательное 2.4: 1, что означает, что входное вращение вала противоположно выходному. Но на самом деле выходное вращение одинаково по направлению с входным – вот где срабатывает трюк с двойной планетарной передачей. Первый набор сателлитов вращает второй, и именно второй набор вращает коронную шестерню; эта комбинация меняет направление вращения. Можно заметить, что большая солнечная шестерня вынуждена проворачиваться при выключенном фрикционе; направление вращения противоположно вращению турбины (против часовой стрелки).

Передвиньте рычаг АКПП, чтобы увидеть распределение мощностных потоков (красный цвет) и заторможенных частей (синий цвет).

Вторая передача
Вторая передача получается соединением двух планетарных передач с общим водилом сателлитов.

На первом этапе водило сателлитов использует большую солнечную шестерню как коронную шестерню. Итак, первая часть состоит из солнца (малая солнечная шестерня), водила сателлитов и короны (большая солнечная передача).

Входной крутящий момент идет через малую солнечную шестерню; коронная шестерня (большая солнечная шестерня) удерживается стационарно тормозной лентой, а выходом становится водило сателлитов. На этом этапе с солнечной шестерней на входе и водилом сателлитов на выходе при фиксированной коронной передачи передаточное число рассчитывается по формуле:

1 + R/S = 1 + 36/30 = 2.2: 1

Водило сателлитов проходит 2.2 круга за одно вращение малой солнечной передачи. На втором этапе водило сателлитов служит входом для второй планетарной передачи, большая солнечная шестерня (находится в покое) служит солнцем, а коронная шестерня – выходом. Передаточное число рассчитывается по формуле:

1 / (1 + S/R) = 1 / (1 + 36/72) = 0.67: 1

Чтобы рассчитать общее передаточное число второй передачи, умножаем первое передаточное число на второе, 2.2 x 0.67= 1.47: 1 понижение. Все это на первый взгляд очень запутанно, но это работает.

Передвиньте рычаг АКПП, чтобы увидеть распределение мощностных потоков (красный цвет) и заторможенных частей (синий цвет).

Третья передача
Большинство автоматов имеют передаточное число 1: 1 на этой передаче. Из предыдущей главы Вы помните, что для получения этого передаточного числа достаточно заблокировать 2 из 3-х частей планетарной передачи. При устройстве данного механизма это еще проще – достаточно затормозить обе солнечные шестерни на гидротрансформаторе.

Если обе солнечные шестерни вращаются в одном направлении, сателлиты блокируются, потому что они могут вращаться только в противоположных направляниях. В результате коронная шестерная блокируется с сателлитами и приводит к вращению всего механизма как единого целого, тем самым получается передаточное число 1: 1.

Передвиньте рычаг АКПП, чтобы увидеть распределение мощностных потоков (красный цвет) и заторможенных частей (синий цвет).

Овердрайв
По определению овердрайв, в переводе повышенная передача, имеет выходную скорость выше, чем входную. Увеличение скорости – противоположность понижению. В данном типе трансмиссии выбор овердрайва приводит к двум результатам одновременно. В статье «Как работают гидротрансформаторы» мы останавливаемся на блокировке гидротрансформаторов. Для увеличения КПД многие машины используют механизм, который блокирует гидротрансформатор таким образом, что крутящий момент двигателя напрямую идет к трансмиссии.

Для данной трансмиссии в режиме овердрайв вал, прикрепленный к корпусу гидротрансформатора (который жестко соединен с маховиком двигателя), соединяется фрикционом с водилом сателлитов. Малая солнечная шестерня свободно вращается, а большая удерживается в покое тормозной лентой овердрайва. С гидротрансформатором нет соединения; входной крутящий момент идет от корпуса гидротрансформатора. На этот раз при входе на водило, зафиксированной солнечной передаче и коронной шестерне на выходе получаем следующую формулу передаточного соотношения К:

К = 1 / (1 + S/R) = 1 / (1 + 36/72) = 0.67: 1

Таким образом, выходной вал крутится на один оборот за 2/3 оборота входного. Если двигатель работает при 2000 об/мин, то выходная частота вращения будет 3000 об/мин. Это позволяет машине лететь по трассе тогда, когда сам двигатель работает медленно и спокойно.

Передвиньте рычаг АКПП, чтобы увидеть распределение мощностных потоков.

Задняя передача
Reverse (задняя передача) очень напоминает первую передачу, но только вместо малой солнечный шестерни большая приводится в движение турбиной гидротрансформатора, а малая свободно вращается в противоположном направлении. Водило сателлитов удерживается тормозной лентой заднего хода вместе с корпусом гидротрансформатора. Получаем формулу:

К = -R/S = 72/36 = 2.0: 1

Итак, передаточное число заднего хода немного меньше числа первой передачи.

Передаточные числа
Наши трансмиссия имеет 4 передачи вперед и одну передачу назад. Давайте подведем передаточные числа, входные и выходные части в таблицу: