Анализ конструкций автоматических коробок передач современных легковых автомобилей

Размещено на http://www.allbest.ru/

СГТУ имени Гагарина Ю.А.

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ АВТОМАТИЧЕСКИХ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ СОВРЕМЕННЫХ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Фролов В.Г., Кадыков М.С.

Аннотация

Приведен анализ конструкций автоматических коробок передач современных легковых автомобилей, их достоинства и недостатки, предложена конструкция стенда для проведения текущего ремонта АКПП.

Ключевые слова: автоматические коробки передач, конструкция, достоинства и недостатки, стенд для ремонта и регулировки

Annotation

ANALYSIS OF CONSTRUCTIONS OF AUTOMATIC GEARBOXES FOR TRANSFER OF MODERN CARS

The analysis of automatic gear boxes of modern cars, their advantages and disadvantages is given, the stand design for carrying out routine maintenance of automatic transmission is offered.

Keywords: automatic transmissions, design, advantages and disadvantages, stand for repair and adjustment

Основная часть

В настоящее время все большее количество выпускаемых легковых автомобилей оснащается автоматическими коробками переключения передач (АКПП). Особенно интенсивно этот процесс происходит в Западной Европе, Северной Америке и Японии.

Основными достоинствами автоматических коробок передач являются:

1. Простота управления, что позволяет управлять таким автомобилем водителям с низкой квалификацией.

2. Снижение утомляемости водителя.

3. Уменьшение динамических нагрузок на элементы трансмиссии и двигатель, что позволяет увеличить их ресурс.

4. Улучшение проходимости автомобиля, особенно на влажных и скользких дорогах, так как тяговая сила передаётся на ведущие колеса автомобиля без разрыва потока мощности.

К недостаткам относятся:

1. Сложность конструкции.

2. Высокая стоимость.

3. Большая масса и габариты.

4. Более низкий КПД по сравнению с механическими коробками передач.

5. При проведении технического обслуживания и ремонта АКПП требуется высокая квалификация обслуживающего персонала.

6. Если автомобиль с АКПП застрял, то ни в коем случае нельзя производить его раскачивание, пытаясь выехать, включая попеременно передачи вперёд-назад, так как это приведет к выходу из строя АКПП.

7. Автомобиль с автоматической коробкой передач, в случае его поломки, нельзя транспортировать на буксире, так как это приведет к выходу из строя АКПП (кроме роботизированной КПП).

8. Автомобиль с АКПП нельзя использовать для буксировки другого сломанного автомобиля, во избежание выхода из строя АКПП.

9. При отсутствии определенного опыта езды на автомобиле с АКПП у водителей, ранее ездивших на автомобилях с механической коробкой передач, как правило, наблюдается увеличение расхода топлива.

10. Время на переключение передач увеличено.

11. Увеличено время разгона автомобиля.

12. Невозможность торможения двигателем.

Условно можно выделить три поколения автоматических коробок передач:

1. Автоматические коробки передач с гидравлическим приводом.

2. Автоматические роботизированные коробки передач.

3. Автоматические бесступенчатые (вариаторные) коробки передач.

Конструктивно автоматическая гидравлическая коробка передач включает в себя три элемента (рис. 1).

- Гидротрансформатор, выполняющий роль сцепления, но не требующий со стороны водителя производить непосредственное им управление.

- Планетарный редуктор, изменяющий передаточное число при переключении.

- Блок управления.

Рисунок 1 Основные части АКПП с гидравлическим приводом

Гидротрансформатор осуществляет гидравлическую связь между двигателем и коробкой передач. Обычно он крепится к маховику двигателя. Использование гидротрансформатора обеспечивает плавное изменение крутящего момента на ведущих колесах автомобиля. Кроме того, его наличие позволяет уменьшить число ступеней в коробке передач и упростить систему ее управления. Особенностью гидротрансформатора является то, что он позволяет работать двигателю при полностью остановленном автомобиле.

В автоматических передачах современных легковых автомобилей наиболее широкое применение получили планетарные редукторы. К их основным преимуществам можно отнести следующие:

1. В планетарной передаче все ее основные звенья вращаются вокруг оси. Это позволяет создавать достаточно компактную конструкцию.

2. Планетарные передачи позволяют передовать большую мощность по сравнению с другими передачами и являются долговечными. Это связано с тем, что в них отсутствуют радиальные нагрузки на опоры валов, крутящий момент передается несколькими сателлитами, что снижает изгибные и контактные напряжения зубьев.

3. В зубчатых планетарных редукторах КПД выше, так как часть мощности передается в переносном движении, где потери отсутсвуют.

4. В планетарных редукторах возможно добиться плавного переключения передач, практически без разрыва потока мощности.

К основным неисправностям гидравлической автоматической коробки передач можно отнести:

1. Неисправности входных датчиков, в том числе датчиков системы управления двигателем (расходомера воздуха, датчика положения дроссельной заслонки, датчика положения распределительного вала и др.).

2. Неисправности электронного блока управления.

3. Неисправности исполнительных устройств системы управления (увеличение сопротивления или обрыв обмотки электромагнитного клапана).

4. Нарушение целостности электрической проводки и соединений (замыкание, окисление, отсутствие контакта).

5. Неисправности гидротрансформатора.

6. Неисправности фрикционных муфт и тормозов.

7. Неисправности распределительного модуля (гидравлического блока).

8. Неисправности масляного насоса.

Вторым поколением автоматических трансмиссий является работезированная АКПП (рис. 2). Конструктивно представляет собой механическую коробку передач, с устройствами выжима сцепления и переключения передач (актуаторами), микропроцессорной системой управления и внешних датчиков.

Рассмотрим принцип действия автоматических роботизированных коробок передач. Вначале движения включается сцепление. Данную функцию выполняет актуатор сцепления, который по команде ЭБУ начинает медленно вращать редуктор. Водитель, включив рычаг переключения передач, подает сигнал на начало движения. Включается первое сцепление внутреннего первичного вала, одновременно актуатор синхронизатора подводит его к шестерне первой передачи, при этом происходит блокировка шестерни на валу, которая приводит в действие шестерню вторичного вала. Последующее переключение передач происходит по этому же принципу.

Первые автоматические роботизированные коробки передач отличались провалами между перключением передач. Это связано с тем, что электронному блоку управления необходимо время на принятие решения. Для уменьшения времени в конструкцию коробки было введено второе сцепление и второй вал. Данное изменение позволило осуществить предварительное включение передач. То есть пока работает первая передача, вторая ждет включения и как только ЭБУ подает команду, включается второе сцепление, внешний первичный вал и вторая передача.

Автоматическая роботизированная КПП состоит из смледующих элементов: коробка передача автоматический автомобиль

- АРКП - узел, собранный по принципу механической коробки передач, имеющий два ведущих вала, которые находятся друг в друге. На внешнем валу находятся шестерни привода второй, четвертой, шестой передачи, для шестиступенчатой коробки. На внутреннем валу расположены шестерни первой, третьей, пятой и задней передачи.

- Актуаторы - это электрические или гидравлические сервоприводы. Они осуществляют механическое передвижение синхронизаторов коробки передач и включение/выключение сцеплений. Конструктивно электрический актуатор представляет собой электродвигатель с редуктором, а гидравлический - гидроцилиндр, шток которого связан с нужным синхронизатором.

- Электронный блок управления (ЭБУ) - основной узел в системе управления, цетральным звеном которого является процессор. К процессору подключены внешние датчики от двигателя автомобиля, системы ESP ABS и др.

Рисунок 2 Устройство автоматической роботизированной коробки передач

К основным неисправностям автоматической роботизированной коробки передач относятся:

1. Неисправности электронного блока управления.

2. Износ диска сцепления, корзины, выжимного подшипника и его направляющих.

3. Перегрев трансмиссионной жидкости.

4. Неисправность электромеханического привода сцепления (актуатора).

Достоинства:

1. Высокая скорость переключения передач.

2. Меньший расход топлива, по сравнению с автоматической коробкой передач с гидравлическом приводом.

Недостатки:

1 Высокая стоимость.

2. Требуется высокая квалификация персонала производящего техническое обслуживание и ремонт.

3. Рывки при переключении передач на высоких скоростях.

К третьему поколению относятся вариаторы или бесступенчатые АКПП. Схема работы которой представлена на рисунке 4.

Вариатор не имеет фиксированных передач. Переключение происходит очень плавно и совершенно незаметно. Он более эффективно использует мощность двигателя. Вследствие этого автомобили, оснащенные данным типом трансмиссии являются более экономичными и комфортными.

Наибольший прогресс достигнут в создании бесступенчатых вариаторов с гибкой связью. Такой тип является более приспособленным для массового производства. Для повышения КПД и увеличения долговечности применяют вариаторы с металлическими гибкими элементами.

Рисунок 4 Устройство автоматической бесступенчатой (вариатора) коробки передач

Принцип работы вариатора состоит в том, что передаточное число он изменяет непрерывно по мере того, как автомобиль разгоняется или замедляет ход.

С помощью вариатора передаточное отношение можно плавно изменять от наибольшего значения до наименьшего. Благодаря вариатору всегда возможна реализация оптимального передаточного отношения.

Вариатор состоит из двух шкивов: ведущего (шкив 1) и ведомого (шкив 2), и натянутой между ними специальной цепи. Каждый из шкивов представляет собой пару дисков с коническими рабочими поверхностями. Цепь служит для передачи крутящего момента.

Шкив 1 соединен с коленчатым валом двигателя через промежуточную передачу. От него крутящий момент двигателя передается цепью на шкив 2 и далее на главную передачу. Благодаря тому, что один диск каждого из шкивов подвижный, меняется радиус установки цепи на шкиве и передаточное отношение плавно изменяется. Шкивы должны синхронно сдвигаться/ раздвигаться так, чтобы цепь оставалась постоянно натянутой и это усилие было достаточным для того, чтобы она не проскальзывала.

К основным неисправностям бесступенчатой автоматической коробки передач относятся следующие:

1. Неисправности входных датчиков (датчика температуры рабочей жидкости, датчиков частоты вращения ведущего и ведомого шкивов, датчиков давления в основной магистрали, давления в ведущем и ведомом шкивах).

2. Неисправности электронного блока управления.

3. Неисправности исполнительных устройств (шагового электродвигателя, электромагнитных клапанов давления в основной магистрали и давления в ведомом шкиве, клапанов блокировки гидротрансформатора и управления планетарным редуктором).

4. Неисправность муфты переднего хода.

5. Неисправность гидротрансформатора.

6. Неисправность вариаторной передачи.

7. Неисправность электрогидравлического модуля.

Достоинства:

1. Плавный набор и сброс скорости.

2. Высокий КПД.

Недостатки:

1. Небольшой ресурс основного узла коробки передач.

2. Сложная электронная система настройки вариатора.

3. Дорогая трансмиссионная жидкость, а также более частые сроки ее замены.

4. Невозможность установки на автомобили с мощностью двигателя более 200 л.с.

В настоящее время для технического обслуживания и текущего ремонта автоматических коробок передач используют стенды различных конструкций. Внешний вид некоторых из них представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 а) стенд для сборки-разборки КПП; б) универсальный стенд для сборки-разборки ДВС, КПП, задних мостов

Однако все эти стенды, как правило, проектируются и изготавливаются для определенных марок легковых автомобилей и соответсвенно автоматических коробок передач, которые на них устанавливаются, то есть они не являются универсальными. Кроме того, АКПП имеет большую массу порядка 100 кг, поэтому при установке их на такой стенд рабочим приходиться держать их вручную до момента закрепления на стенде. Поэтому нами предлагается универсальная конструкция стенда для технического обслуживания и текущего ремонта автоматических коробок передач различных марок. Предлагаемая конструкция стенда включает в себя сменные планшайбы для установки различных типов АКПП, а для сведения к минимуму ручных операций при установке АКПП на стенд он будет включать в себя подъемный стол на который будет устанавливаться обслуживаемая КПП.

Использование такого стенда на станциях технического обслуживания легковых автомобилей, оснащенных автоматическими трансмиссиями, позволит сократить время на проведение их технического обслуживания и текущего ремонта и, кроме того, повысит его качество.

Список литературы

1. Брусенков А.В. и др. Автоматические трансмиссии. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2010. 136 с.

2. Вахламов В.К. Автомобили: Конструкция и элементы расчетв: учеб. для студ. выш. учеб. заведений. М.: Изд. центр «Академия», 2006. 408 с.

3. Иванов А.М. и др. Основы конструкции современного автомобиля. М. ООО «Изд-во «За рулем», 2012. 336 с.

4. Песков В.И. Конструкции автомобильных трансмиссий. М.: Форум, НИЦ, Инфра -М., 2013. 144 с.

5. Ткаченко Н.Н. Автоматическая коробка передач. Ростов н/Д: Феникс, 2001. 160 с.

6. Харитонов С.А., Егерев М.А., Нагайцев М.В. Автоматические коробки передач Mercedes 722.3, 722.4, 722.5, 722.6. Принцип работы, устройство, диагностика и ремонт: М.: Изд-во Легион-Автодата, 2004. 208 с.

7. Харитонов С.А., Сологуб С.А., Нагайцов М.В. Автоматические коробки передач. Инструкция по эксплуатации, диагностике и техобслуживанию. М.: «Легион-Автодата», 2000. 78 с.

Размещено на Allbest.ru