Peugeot-Citroen Club Belarus

Планетарный ряд (planetary gear, см. рис. 2) состоит из следующих элементов:

- солнечной шестерни (sun gear);

- сателлитов (pinion gears);

- эпицикла (internal gear);

- водила (carrier).

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.

Солнечная шестерня находится в центре. Сателлиты вращаются вокруг солнечной шестерни, в то время как она вращается вокруг своей собственной оси. Эпицикл охватывает сателлиты, которые поддерживают водило. Все сателлиты вращаются одновременно и в одном направлении.

Переключение скорости вращения в планетарном ряду происходит тогда, когда 2 из 3-х элементов планетарного ряда (солнечная шестерня, эпицикл, водило) находятся в определённых условиях - блокированы или разблокированы в различной комбинации.

Рассмотрим простой пример. На рис. 3 показан шарик С между досками А и В. Доска В зафиксирована неподвижно, а доска А двигается в направлении, показанном стрелкой. В этом случае шарик с двигается в том же направлении, что и доска А, только медленнее её.

Если применить этот пример к планетарному ряду, то в качестве доски А выступит эпицикл, в качестве доски В - солнечная шестерня и в качестве шарика С - сателлиты. Если зафиксировать солнечную шестерню и повернуть эпицикл в направлении стрелки, сателлит будет вращаться в том же направлении, что и эпицикл. Однако, как и в случае с досками и шариком, сателлит вращается медленнее, чем эпицикл. Такое соотношение скоростей вращения эпицикла и сателлитов в планетарном ряду АКП осуществляется на второй передаче.

Если заставить двигаться сателлиты, а, следовательно, и водило, ещё медленнее, то произойдет следующее. В предыдущем примере доска В была зафиксирована, а доска А двигалась. На этот раз будем медленно двигать доску В в направлении, противоположном движению доски А. Как показано на рис. 4, шарик движется медленнее, чем в предыдущем случае. Таким образом, скорость, с которой водило (шарик) передвигается эпициклом (доской А), уменьшается по отношению к скорости вращающейся в обратном направлении солнечной шестерни (доски В). В результате, скорость вращения водила меньше, чем в предыдущем случае со второй передачей. Такое соотношение скоростей водила и эпицикла осуществляется при включении в АКП первой или пониженной передачи.

Что произойдёт, если двигать доску А и доску В в одинаковом направлении и с одинаковой скоростью? Шарик С между досками не может двигаться самостоятельно, следовательно, он двигается вместе с ними (рис. 5). Если в планетарном ряду эпицикл и солнечная шестерня вращаются в одинаковом направлении и с одинаковой скоростью, водило вращается в том же направлении и с той же скоростью. Такое соотношение скоростей данных элементов планетарного ряда осуществляется при включённом режиме drive.

Попробуем двигать доску В в направлении, показанном стрелкой (рис. 6). Шарик С остаётся неподвижным, вращаясь только вокруг своей оси. В этом случае доска А двигается в направлении, противоположном направлению движения доски В. Применим эту ситуацию к планетарному ряду. Если водило зафиксировано и солнечная шестерня вращается по часовой стрелке (рис. 6), сателлиты вращаются и двигают эпицикл против часовой стрелки. В этом случае, если считать, что солнечная шестерня передаёт входной момент, а эпицикл выходной, то применительно к автоматической трансмиссии получим передачу заднего хода.

Наконец зафиксируем доску В и будем двигать шарик С в направлении стрелки (рис. 7). Тогда доска А двигается с большей скоростью и в том же направлении, что и шарик. Снова применим эту ситуацию к планетарному ряду. Если солнечная шестерня (доска В) заблокирована, а водило (шарик С) вращается по часовой стрелке (рис. 7), сателлиты вращаются в том же направлении вокруг солнечной шестерни. Скорость вращения эпицикла складывается из собственной скорости вращения сателлитов и скорости их вращения вокруг неподвижной солнечной шестерни. Другими словами, эпицикл вращается быстрее, чем водило. Такое соотношение в трансмиссии характерно для повышающей (overdrive) передачи.

Как правило, для переключения передач в 3-х скоростной автоматической трансмиссии используются 2 планетарных ряда, в 4-х скоростной - 3 планетарных ряда.

Теперь поговорим о передаточных числах. Рассмотрим одинарную планетарную передачу (рис 8). Пусть одна из планетарных передач нашей трансмиссии имеет коронную шестерню с 72 зубьями и солнечную шестерню с 30 зубьями. В этом случае 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: Для этого нажимайте на кнопки слева в таблице.

Рассмотрим теперь как устроена и работает сложная 4-х ступенчатая 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 и две солнечные шестерни и два набора сателлитов (рис.9).

Рассмотрим, как выглядит такая передача. Рис.10 показывает расположение сателлитов в водиле. На рисунке видно, что сателлит справа находится ниже сателлита справа. Сателлит справа не зацепляется с коронной шестерней - он соединяется с другим сателлитом. Только сателлит слева зацепляется с коронной шестерней.

Водило сателлитов показано на рис.11. Короткие шестерни сателлитов соединены только с малой солнечной шестерней. Длинные сателлиты зацепляются с большей солнечной шестерней и с малыми сателлитами.

Приведенная ниже анимация показывает, как все эти части собираются в автоматическую КПП и позволяет просмотреть распределение мощностных потоков. Для этого просто передвиньте рычаг АКПП на рисунке. Красный цвет - мощностные потоки, синий цвет - заторможенные части.

Теперь рассмотрим функционирование АКПП при выборе передач (Для иллюстрации удобно использовать анимацию 2).

Первая передача

На первой передаче меньшая солнечная шестерня приводится в движение по часовой стрелке при помощи гидротрансформатора (Об этом элементе АКПП мы поговорим чуть дальше). 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. Примем опять, что 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. Именно здесь срабатывает трюк с двойной планетарной передачей. Первый набор сателлитов вращает второй, и именно второй набор вращает коронную шестерню. Именно эта комбинация меняет направление вращения. Можно заметить, что большая солнечная шестерня вынуждена проворачиваться при выключенном фрикционе; направление вращения противоположно вращению турбины (против часовой стрелки).

Вторая передача

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

На первом этапе водило сателлитов использует большую солнечную шестерню как коронную шестерню. Т.е. 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 передаче 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. То есть происходит понижение. Все это на первый взгляд очень запутанно, но это работает.

Третья передача

4-х ступенчатые АКПП (а именно такую мы рассматриваем) на этой передаче имеют передаточное число 1:1. Для получения такого 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 (об этом опять же мы поговорим позже).

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

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. Опять забежим немного вперед и скажем, что для получения такой передачи и увеличения КПД трансмиссии используется механизм блокировки гидротрансформатора.

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.

Задняя передача

Reverse (задняя передача) очень напоминает первую передачу, но только вместо малой солнечной 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.

Разобравшись с этим материалом, мы видим, что при выключении и включении передач постоянно используются фрикционы и тормозные ленты. Рассмотрим данные элементы АКПП.

Фрикционы и тормозные ленты в АКПП

Итак, механизмами, посредством которых осуществляется блокировка различных элементов планетарного ряда в АКПП, являются тормоза и фрикционы.

Тормоз - это механизм, посредством которого осуществляется блокировка элементов планетарного ряда на неподвижный корпус АКПП.

Фрикцион - это механизм, посредством которого подвижные элементы планетарного ряда блокируются между собой.

Тормозная лента (brake band) служит для временной блокировки элементов планетарного ряда на корпус АКПП. Несмотря на свои небольшие размеры, лента обладает весьма сильной удерживающей способностью. Подобно тормозным башмакам, она использует для блокировки эффект самозажатия. Когда тормозная лента отпускается, толчок, возникающий при переключении передач, смягчается, поскольку элемент планетарного ряда, который удерживала лента, начинает вращаться в сторону, противоположную направлению приложения силы торможения ленты. Другими словами, когда лента отпускается, она стремится освободить себя быстрее.

Перечислим основные достоинства тормозной ленты:

- несмотря на небольшой размер, она обладает большой удерживающей способностью;

- она подходит для блокировки вращающихся элементов планетарного ряда АКП на корпус АКП;

- она смягчает толчки и удары, возникающие при переключении передач.

Рассмотрим принцип действия тормозной ленты.

Один конец тормозной ленты крепится неподвижно на корпусе АКПП, другой - к поршню сервопривода. Когда масло подаётся в полость включения сервопривода (рис.12), поршень сервопривода, передвигаясь под давлением масла (по рисунку влево), зажимает тормозную ленту, осуществляя тем самым блокировку элемента планетарного ряда. При подаче масла в полость отключения сервопривода давление масла в обеих полостях выравнивается, поршень сервопривода под действием возвратной пружины возвращается в исходное положение (вправо), тормозная лента высвобождается.

Целесообразность использования фрикционных дисков (clutch system) в автоматических трансмиссиях обусловлена их следующими преимуществами:

- способность выдерживать большие нагрузки;

- значительная степень свободы при их подборе (количество дисков можно увеличивать или уменьшать;

- нет необходимости в регулировке пакета фрикционов из-за износа дисков;

- способность прочного сцепления ведущих (drive plate) и ведомых (driven plate) дисков в пакете при больших скоростях вращения элементов планетарного ряда;

- хотя пакет фрикционов подвергается значительным нагрузкам, он не воздействует с такими же нагрузками на корпус АКП (в отличие от тормозной ленты, где большие нагрузки концентрируются в месте его крепления к корпусу АКП).

Пакет фрикционов состоит из частей, показанных на рис. 13. Входной крутящий момент передаётся с барабана (drum) на ведущие диски. Ведомые диски поддерживаются втулкой (hub), которая передаёт выходной крутящий момент. Поршень (piston) приводится в действие давлением масла. Двигаясь под давлением масла вправо (по рисунку), поршень посредством конического диска (dished plate) плотно прижимает ведущие диски пакета к ведомым. Заставляя их вращаться как единое целое и осуществляя передачу крутящего момента от барабана к втулке. Как только давление масла падает, поршень под действием возвратной пружины (return spring) перемещается влево, ведущие и ведомые диски разжимаются, крутящий момент через пакет больше не передаётся.

Даже когда фрикцион выключен, в барабане, который вращается с большой скоростью, масло, оставшееся между барабаном и втулкой, отбрасывается под действием центробежной силы к внутренней стенке барабана. Вследствие этого возникает остаточное давление масла, которое прикладывается к поршню, вынуждая его к перемещению и «подвключению» фрикциона. Это приводит к преждевременному износу дисков и прочим неприятностям. Существуют 2 метода устранения подобного явления (рис. 14).

В первом случае используется контрольный шарик (check ball). Когда давления масла под поршнем нет (фрикцион выключен), центробежная сила вынуждает шарик переместиться со своего седла (по рисунку - влево), освобождая отверстие, через которое оставшееся в барабане масло вытекает из полости между поршнем и барабаном наружу. Когда в эту полость подаётся масло (фрикцион включается), его давление превышает центробежную силу и шарик под давлением масла возвращается на своё седло перекрывая отверстие для вытекания масла наружу.

Во втором случае масло из полости между поршнем и барабаном вытекает наружу через отверстие (orifice). Воздух в эту полость поступает через секцию с контрольным шариком, которая ближе к оси вращения барабана. При таком способе при включении фрикциона всегда будет небольшая утечка масла. Но, поскольку масляный насос поддерживает постоянное давление масла в гидравлической системе, такая утечка не является проблемой.

Еще одним элементом из состава «тормозов» является обгонная муфта (one - way clutch).

Обгонная муфта может вращаться лишь в одном направлении. Она состоит из подвижного внутреннего кольца (inner race), зафиксированного наружного кольца (outer race) и кулачков (рис.15). Когда внутреннее кольцо вращается по часовой стрелке, оно проскальзывает через кулачок (см. рис. 15). Когда же внутреннее кольцо пытается вращаться против часовой стрелки, оно поднимает кулачок и он, заклиниваясь, не даёт кольцу возможности вращаться в этом направлении.

Применительно к рассматриваемой нами реальной АКПП в ней имеются две тормозные ленты, которые выполнены из стали, обматывают конкретную секцию блока шестерен автомата и соединяются с корпусом (рис.16). Эти ленты приводятся в действие гидравлическими цилиндрами внутри самой трансмиссии.

На рис.17 мы видим два поршня, которые управляют работой тормозных лент. Гидравлическое давление, которое доходит до цилиндра через набор клапанов, приводит к тому, что поршни давят на тормозные ленты, соединяя соответствующую часть блока шестерен с корпусом АКПП.

Муфты АКПП чуть сложнее. В рассматриваемой трансмиссии 4 муфты. Каждая муфта управляется давлением масла, которое направлено на поршень внутри муфты. При уменьшении давления пружины разъединяют фрикционы. На рис.18 мы видим поршень и барабан фрикционов. Обратите внимание на резиновый сальник поршня - этот компонент всегда меняется при ремонте автомата.

Ну и, наконец, фрикционные диски и стальные пластины (рис.19). Фрикционный материал имеет шлицы на внутренней стороны, где он стыкуется с одной из шестерен. Стальная пластина имеет шлицы снаружи, где она соединяется с корпусом фрикционной муфты. Эти фрикционные диски также меняются на новые при ремонте трансмиссии.

Давление на фрикционы подается через каналы в валах. Гидравлическая система контролирует, какие фрикционы и тормозные ленты приводятся в действие в данный момент времени.

Ну а теперь о еще одном немаловажном режиме работы АКПП - режим паркинга.

На первый взгляд все очень просто - достаточно заблокировать автомат, чтобы шестерни не вращались, но для этого механизма существует на самом деле ряд сложных требований. Во-первых, мы должны иметь возможность снять машину с парковки, когда она стоит под наклоном (вес машины ложится на механизм паркинга). Во-вторых, мы должны иметь возможность поставить машину на паркинг, даже если штырь не совпадает со впадиной на выходном валу. В-третьих, в положении паркинг что-то должно предотвращать парковочный механизм от произвольного разблокирования.

Механизм парковочного тормоза включает зубья на выходе (рис.20) (Выход трансмиссии: квадратные зубцы включаются механизмом парковочного тормоза, чтобы удерживать машину на месте.), чтобы автомобиль стоял на месте. Эта часть трансмиссии соединена с приводными валами, поэтому если эта часть не может вращаться, то машина не может передвигаться (рис.21).

На рис.22 показан парковочный механизм, вошедший в корпус трансмиссии в том месте, где находятся шестерни. Обратите внимание, на форму его сторон в виде трапеции. Это позволяет снять тормоз, когда машина запаркована под наклоном - вес автомобиля помогает вытолкнуть парковочный механизм благодаря углам сторон трапеции.

Когда рычаг АКПП переводится в положение паркинг, шток толкает пружину против маленькой конусообразной втулки. Если парковочный штырь выровнен по отношению с углублением на выходном валу, то конусообразная втулка опустит штырь вниз. Если парковочный штырь попадает на выступ выходного вала, то пружина будет толкать конусообразную втулку, но штырь не войдет в контакт с углублением, пока автомобиль немного не покатится, и зубья лягут соответствующим образом. Именно по этой причине Ваш автомобиль немного двигается после выбора рычагом АКПП паркинга: он вынужден сдвинуться после отпускания педали тормоза настолько, насколько это необходимо для попадания штыря в углубление.

Как только автомобиль оказался в режиме паркинга, втулка удерживает штырь в нижнем положении таким образом, чтобы автомобиль не мог покатиться при парковке на склоне.