Коробки передач автомобилей высокой проходимости

Основное назначение трансмиссии (силовой передачи) состоит в передаче крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. Изменение величины крутящего момента, передаваемого от двигателя, достигается подбором -соответствующих передаточных отношений коробки передач, раздаточной коробки и главной передачи. Передаточное отношение главной передачи в большинстве случаев остается постоянным. Изменение скорости движения и силы тяги автомобиля достигается изменением передаточного отношения коробки передач. Поэтому в качестве основного отличительного признака при определении типа трансмиссии можно принять способ преобразования крутящего момента в коробке передач. По способу преобразования крутящего момента двигателя силовые передачи делятся на следующие типы:

• а) механическая, если изменение крутящего момента происходит механическим путем;
• б) гидродинамическая, если преобразование момента производится только гидротрансформатором;
• в) гидромеханическая, если момент вначале преобразуется в гидротрансформаторе, а затем в механической коробке передач;
• г) гидростатическая, если изменение момента производится гидрообъемными передачами;
• д) фрикционная, если преобразование момента достигается через изменение эффекта действия сил трения.

Кроме того, преобразование крутящего момента может быть осуществлено при помощи электрических и термодинамических процессов и инерционно-импульсных передач. Степень распространения различных передач различна.

В настоящее время на грузовых автомобилях и тягачах всех стран господствующее положение сохраняют многоступенчатые коробки передач с шестернями постоянного зацепления, снабженные синхронизаторами, и механизмом принудительного переключения передач. Различные усовершенствования, произведенные в процессе длительной модернизации, позволили создать простую и надежную многоступенчатую коробку передач с весьма длительным сроком службы и высоким к. п. д.


На обычных грузовых автомобилях и тягачах перевозки осуществляются па большие расстояния по установившимся направлениям, вследствие этого надобность в переключении уменьшается и ступенчатая трансмиссия дает хороший эффект. Вследствие высокого к. п. д. ступенчатой коробки передач снижается необходимая мощность двигателя.

Коробки передач автомобилей со всеми ведущими колесами и тягачей значительно отличаются от коробок передач обычных грузовых автомобилей. Основное различие состоит в удовлетворении требования надежной и длительной работы на всех передачах, расширении диапазона передаточных отношений, увеличении числа передач и облегчении переключения передач.

На колесных автомобилях и тягачах применяются следующие способы переключения передач:

• 1) переключение с одновременным отключением трансмиссии от двигателя;
• 2) переключение под нагрузкой трансмиссии;
• 3) непрерывная трансформация момента по восходящей и нисходящей линиям.

Если момент изменения водителем, то управление называется принудительным; оно выполняется механическими устройствами с помощью мускульной энергии, энергии сжатого воздуха или жидкости. Если момент изменения передаточного отношения поставлен в зависимость от скорости движения и положения дроссельной заслонки двигателя, а собственно переключение производится независимо от водителя специальными устройствами, то такая передача называется автоматической.

Принудительное переключение передач с отключением трансмиссии от двигателя свойственно обычной ступенчатой коробке передач. Для уменьшения торцового износа зубьев, снижения шума и облегчения переключения сейчас весьма широко применяются синхронизаторы. Число передач выбирается равным 4—6, отношение крайних передаточных отношений (диапазон) — соответственно равным 5,5—7,5. Для увеличения числа передач, уплотнения ряда их и расширения диапазона передаточных отношений основные коробки передач на автомобилях, работающих в тяжелых дорожных условиях, выполняют совместно с дополнительными коробками (фиг. 22). Дополнительные коробки выполняются с ускоренными и замедленными передачами, причем, если включается только одна дополнительная ступень, увеличивается число передач на одну и расширяется диапазон передаточных отношений. Если дополнительная коробка имеет две ступени, то при переключении передач основной коробки, удваивается число передач, расширяется диапазон и достигается уплотнение ряда переключаемых передач. Соединение основной и дополнительной коробок в одном агрегате (комплексные коробки) уменьшает производственные издержки, сокращает габариты и снижает вес в сравнении с раздельным их изготовлением. Поэтому такие коробки получают все большее распространение на лесовывозке, на горных и других труднопроходимых дорогах. Диапазон комплексной коробки достигает 9—10, а число передач 8—12. Чем напряженнее предполагаемые условия эксплуатации, тем выше назначают диапазон передаточных отношений и принимают большее число передач.




На фиг. 23 показана конструктивная схема восьмиступенчатой коробки передач швейцарского автомобиля «Заурер», выполненной заодно с двухступенчатой дополнительной коробкой передач. Аналогичная коробка передач устанавливается на итальянских грузовых автомобилях. В обоих случаях дополнительная ускоряющая коробка, расширяющая диапазон передач, устанавливается перед основной. На фиг. 24 показана схема двенадцатиступенчатой коробки передач с двухступенчатым демультипликатором. С помощью демультипликатора удваивается число передач, уплотняется ряд ступеней и несколько расширяется диапазон передаточных отношений. На фиг. 25 показана схема аналогичной коробки передач, но с расположением дополнительной коробки передач перед основной.








На фиг. 26 показана схема десятиступенчатой коробки передач фирмы «Фуллер» 25-тонного грузового автомобиля, рассчитанной на крутящий момент 82 кгм. Переключение дополнительной коробки' производится сжатым воздухом.




Диапазон передаточных отношений коробки достигает 9,22. Чтобы получить указанный диапазон передач, передаточное отношение дополнительной передачи было принято в полтора раза больше показателя геометрической прогрессии основной коробки передач.

Только в этом случае могла быть получена высокая стройность ряда передаточных чисел. При увеличенном передаточном отношении дополнительной коробки требуется надежно действующий механизм переключения, допускающий переключение на ходу. В качестве такого механизма применены фрикционы, для включения которых используется энергия сжатого воздуха.

На фиг. 27 показана конструктивная схема двенадцатиступенчатой коробки передач автомобиля «Фоден» с трехступенчатой планетарной дополнительной коробкой. Левое положение муфты переключения планетарного ряда соответствует замедленной передаче, среднее — прямой передаче и правое — ускоряющей передаче.



Переключать передачи комплексных коробок даже при наличии синхронизаторов или других устройств сложно. Переключение требует от водителя большой сноровки и физического напряжения в связи с необходимостью выключения сцепления и отнимает много времени. Ряд фирм, чтобы ликвидировать эти недостатки комплексной коробки передач, применяет избирательное переключение передач дополнительной коробки. Предварительно избранная для включения передача дополнительной коробки включается при последующем включении соответствующей передачи основной коробки передач. Для управления коробкой передач используется рычаг переключения передач основной коробки передач, на котором устанавливают кнопку избирателя передач дополнительной коробки. В качестве основной действующей силы при избирательном переключении дополнительной коробки передач используют энергию сжатого воздуха, вакуума, жидкости или электромагнита. Такое облегчение переключения передач побуждает водителя полнее использовать комбинационные возможности коробки передач.

Основные технические данные ступенчатых коробок передач Советского Союза и Западной Германии приведены в табл. 8.

Таблица 8. Основные технические данные коробок передач, применяемых на автомобилях в СССР и Западной Германии

Каждая трансмиссия нового типа должна быть равноценной или превосходить по производственным и эксплуатационным показателям существующую и широко распространенную ступенчатую коробку передач. Ступенчатые коробки экономичны, просты и надежны. Однако они обладают серьезными недостатками. Во-первых, обычные ступенчатые коробки передач не допускают переключения передач под нагрузкой, что при буксировании тяжелых автопоездов и при движении по бездорожью отрицательно сказывается на разгоне и надежности движения. Во-вторых, при значительном количестве ступеней (10—30) при наличии двух- и трехступенчатой раздаточной коробки снижается экономичность автомобиля вследствие неправильного пользования передачами, особенно при невысокой квалификации и опытности водителя.

С целью устранения указанных недостатков в ряде стран велись работы по упрощению и автоматизации переключения передач не только дополнительной, но и основной коробки передач. В частности, фирма «Локхид» разработала электровакуумную систему управления сцеплением с высокой степенью автоматизации переключения передач. Эта система применена на новом английском легковом автомобиле «Сиддлей 236» фирмы «Армстронг». Устройство рассчитано на коробки передач, имеющие синхронизаторы, и поэтому представляет интерес и для автомобилей высокой проходимости.

Схема электровакуумного управления (фиг. 28) состоит в основном из сервоцилиндров и соленоидов, управляющих муфтой сцепления и дроссельной заслонкой карбюратора в момент переключения передач. Срабатывание указанных элементов автоматики производится от электрического выключателя, размещенного в рычаге управления коробкой передач. При нажатии на рычаг этот выключатель замыкает цепь соленоида, который открывает клапан подачи разрежения в сервоцилиндр выключения сцепления. Одновременно при помощи специального электровакуумного синхронизатора производится уравнивание оборотов коленчатого вала двигателя и ведомого диска сцепления. Этот синхронизатор имеет два сервоцилиндра, один из которых предназначен для увеличения угла открытия дроссельной заслонки, а другой — для уменьшения. Включение того или иного цилиндра синхронизатора производится электрическим выключателем, закрепленным на ведомом диске сцепления, ток к которому подводится с помощью скользящего контакта.



Наличие указанного автоматического управления исключает необходимость в педали сцепления. Переключение передачи в сторону повышения и понижения может быть выполнено при данном положении педали управления дроссельной заслонкой только одним переводом рычага на рулевой колонке. На автомобилях высокой проходимости и тягачах трансмиссия такого типа еще не получила применения.

Увеличение числа передач и расширение диапазона передаточных отношений усложняют трансмиссию и вызывают необходимость частого переключения передач при движении по плохим дорогам. С целью устранения потери скорости движения при переключениях и повышения надежности переключения разработаны планетарные коробки передач, допускающие переключение передач под нагрузкой. В этих коробках переключение осуществляется с помощью надежных муфт сцепления и тормозов.

Введение синхронизаторов и дополнительных передач существенно улучшило качество трансмиссии, но одновременно увеличило ее стоимость. Применение коробок передач с переключением под нагрузкой является дальнейшим шагом в отношении улучшения качества трансмиссии, хотя и связано с дальнейшим увеличением стоимости ее изготовления и ремонта. Трансмиссии с переключением под нагрузкой применяются не только на тягачах, но и на автобусах, чему немало способствовали заднее расположение двигателя и необходимость часто делать остановки при эксплуатации.

На фиг. 29 показана конструкция хорошо известной планетарной коробки передач системы Вильсона. Четырех- и пятиступенчатые коробки системы Вильсона получили некоторое распространение в Англии на автомобилях высокой проходимости и автобусах. Эта коробка передач надежна, но конструкция ее сложна.



В Западной Германии ступенчатая коробка передач «Медиа», переключаемая под нагрузкой с помощью электромагнитных Устройств нашла применение на автобусах,, автомобилях и тягачах.

На фиг. 30 показана новая конструкция шестиступенчатой коробки передач «Медиа», имеющая широкий диапазон передаточных отношений. В данной коробке для переключения передач используются фрикционные муфты. Привод включения и выключения осуществляется вращением от вала электродвигателя, приводящего в действие специально профилированный валик и отжимающего рычаги выключения муфт сцепления. Схема включения различных передач показана на фиг. 31. На схеме показаны лишь те муфты сцепления, через которые идет передача крутящего момента. Муфты сцепления, не указанные на схеме, выключены. Коробка передач имеет кулачковую муфту, которая для избежания высоких оборотов выключает муфту сцепления на шестой передаче. При выключенной муфте Е можно начинать движение с первой передачи, но шестую передачу включать нельзя. При включенной муфте начинать движение можно с третьей передачи и дальше переходить до шестой. Первую передачу в этом случае можно включить только на стоянке. В табл. 9 дан типаж коробок передач «Медиа» с косозубыми шестернями постоянного зацепления, переключаемыми под нагрузкой. Рычаг управления такими коробками расположен на рулевой колонке.

Таблица 9. Переключаемые под нагрузкой коробки передач «Медиа» с цилиндрическими шестернями (с косыми зубьями) постоянного зацепления и муфтами сцепления для каждой передачи переднего хода

На грузовых автомобилях высокой грузоподъемности с незначительной удельной мощностью, а также на автомобилях и тягачах, работающих по плохим дорогам и бездорожью, целесообразно применять коробки передач, переключаемые под нагрузкой.

С целью дальнейшего усовершенствования трансмиссии грузовых автомобилей и тягачей велись работы по созданию силовых передач с гидромуфтой и автоматически переключаемой планетарной коробкой передач.

В 1939 г. фирмой GMC была введена коробка передач «Гидроматик», которая оказалась наилучшей автоматической передачей для легковых автомобилей. В дальнейшем ее начали применять на автомобилях высокой проходимости и автобусах. Коробка передач «Гидроматик» представляет собой сочетание гидромуфты с автоматически управляемой планетарной коробкой передач, состоящей из планетарных передач и фрикционных элементов муфт сцепления и тормозов. Гидромуфта снабжена автоматическим гидравлическим управлением. Хотя гидромуфта и примыкает к маховику двигателя, она воспринимает крутящий момент между двумя планетарными передачами планетарной коробки передач. Это увеличивает к. п. д. муфты и уменьшает завихрение жидкости, возникающее в моменты, когда муфта вращается со скоростью двигателя. На двух высших передачах часть момента отводится в поток в обход муфты, и этим также повышается к. п. д. коробки. Передачи переключаются с помощью тормозов коробки, без размыкания силовой цепи. Вследствие быстрого срабатывания тормозов коробки передач в момент переключения ощущаются толчки и рывки. Передачи переключаются автоматически в зависимости от степени нажатия на педаль привода дроссельной заслонки. Для обеспечения большей плавности хода переключение производят при меньшей скорости движения, но при этом ухудшается разгон автомобиля.

В американском трехосном автомобиле М-211 применена коробка передач «Гидроматик» с увеличенным числом передач и более широким диапазоном передач. На одном из тяжелых современных американских грузовых автомобилей также устанавливают передачу «Гидроматик» (фиг. 32). Совместно с гидромуфтой устанавливают дифференциал, передающий крутящий момент в двух направлениях. Планетарная коробка передач по существу состоит из двух расположенных одна над другой коробок передач, подобных коробке передач системы Вильсона. На выходном валу обе коробки передач объединены замыкающей зубчатой передачей, которая отличается передаточным отношением от зубчатой передачи, расположенной в передней части. При такой схеме передачи «Гидроматик» попеременным автоматическим переключением под нагрузкой передач верхней и нижней планетарных коробок можно получить семь передач, характеризуемых следующими передаточными отношениями: 2,90; 2,34; 1,86; 1,45; 1,10; 0,89 и 0,71. Общий диапазон передачи, равный 4, увеличивается дополнительной трехступенчатой коробкой передач до величины, требуемой для грузового автомобиля большой грузоподъемности, работающего в тяжелых условиях. Трансмиссия работает совместно с дизелем мощностью 220 л. с.



Основное достоинство передач, переключаемых под нагрузкой, состоит в упрощении управления, улучшении тяговой динамики, а также в том, что их к. п. д. практически равен к. п. д. ступенчатых коробок. Главный недостаток таких передач — сложность и высокая стоимость.

Развитие автоматических передач характеризуется тенденцией к уменьшению применения гидромуфт и к более широкому применению гидротрансформаторов — гидродинамических преобразователей крутящего момента.

Однако гидродинамические передачи, т. е. передачи, состоящие только из гидротрансформатора с высоким коэффициентом трансформации, в сочетании с единственной прямой передачей имели ограниченное применение. Их достоинство состоит в том, что скорость движения автоматически изменяется и регулируется лишь нажатием на педаль привода дроссельной заслонки. Основной недостаток гидродинамической передачи состоит в высоком расходе топлива при движении по дорогам с увеличенным сопротивлением движению и в малом диапазоне передаточных отношений. Для обеспечения необходимых тяговых качеств, особенно автомобилей высокой проходимости, необходимо было дополнить гидротрансформатор, по крайней мере, трехступенчатой механической коробкой передач, которая в сочетании с гидротрансформатором и двухступенчатой раздаточной коробкой позволила создать трансмиссию, пригодную для автомобилей, работающих в плохих дорожных условиях. Поэтому основу современной гидромеханической трансмиссии составляют гидротрансформатор и механическая многоступенчатая коробка передач с автоматическим или полуавтоматическим переключением.

К автоматическим передачам следует отнести передачи, при которых водитель в процессе разгона пользуется только педалью управления дроссельной заслонкой. Полуавтоматическими передачами в процессе разгона управляют путем перевода рычага без оперирования педалями сцепления и управления дроссельной заслонкой. В указанных трансмиссиях передачи механической коробки обычно переключаются под нагрузкой.

За последние пять лет американская и западноевропейская промышленность выпустила большое число легковых и грузовых автомобилей, тягачей и автобусов, снабженных автоматическими и полуавтоматическими трансмиссиями. Основным элементом всякой гидромеханической трансмиссии является гидротрансформатор, плавно и непрерывно изменяющий крутящий момент на ведущих, колесах автомобиля при изменении сопротивления его движению.

На фиг. 33,а показана конструкция четырехколесного гидротрансформатора, изготовленного в НАМИ. Он состоит из насосного колеса 1, соединенного с маховиком двигателя, турбинного колеса 2, вала 5 турбинного колеса и двух направляющих аппаратов 3 (реакторов), установленных на муфтах свободного хода 4. Примем пение двух направляющих аппаратов, установленных на муфтах свободного хода, позволяет существенно снизить потери на гидравлический удар при входе жидкости между лопатками реактора, вследствие чего сохраняется высокий к. п. д. гидротрансформатора в расширенном диапазоне передаточных отношений. Подача масла i в гидротрансформатор осуществляется шестеренчатым насосом, установленным на двигателе. Масло под давлением 5—7 кг/см² под-, водится к штуцеру в крышке гидротрансформатора и оттуда через отверстие в ступице реактора поступает к полости перед входом в насосное колесо. Выход масла в систему охлаждения осуществляется из полости между турбинным колесом и первым реактором, и дальше по другому отверстию в ступице реактора оно отводится к штуцеру маслопровода. В отводящий маслопровод (фиг. 33, б) включен фильтр, пройдя который масло поступает или в радиатор 13 или непосредственно в бак 10. Регулирование количества масла, поступающего в радиатор, осуществляется краном 12. При температуре масла выше 100°С все масло направляется в радиатор. Давление масла, подаваемого в гидротрансформатор, регулируется кранами 9 и 12.





На фиг. 34 показана безразмерная характеристика гидротрансформатора, снятая при 1600 об/мин. Зависимость коэффициента трансформации к построена как функция передаточного отношения. Коэффициент трансформации к есть отношение крутящего момента на валу турбинного колеса М к крутящему моменту на валу насосного колеса М



Передаточное отношение i равно отношению числа оборотов n₃ вала турбинного колеса к числу оборотов вала насосного колеса n₁.

К. п. д. гидротрансформатора принимается равным η=k·i.

На основе указанных зависимостей на фиг. 34 построены графики к=f(i) и η=f(i).

График изменения коэффициента первичного момента f определяющего нагружающие свойства гидротрансформатора, построен, исходя из зависимости



где D — максимальный диаметр круга циркуляции; D=0,466 м;

γ —удельный вес жидкости.

Для построения графиков использовались результаты экспериментальных измерений и приведенные выше функциональные зависимости.

Результаты экспериментальных исследований показывают, что коэффициент трансформации при полностью заторможенном турбинном колесе равен 4,35. Гидротрансформатор обладает достаточно растянутой зоной высокого к. п. д. от i=0,45 до i=0,95, где его значение равно 0,8—0,82. При работе на режиме гидромуфты к. п. д. достигает значений 0,91—0,92.

На фиг. 34 для сравнения нанесена зависимость коэффициента первичного момента λ₁=f(i) для гидротрансформатора «Крайслер». Сопоставление значений коэффициентов первичного момента показывает, что гидротрансформатор «Крайслер» при i=0,95 и равных размерах может передавать момент больший, чем гидротрансформатор НАМИ. Следует учесть, что гидротрансформатор «Крайслер» имеет коэффициент трансформации к=2,55 и к. п. д. при работе на режиме гидротрансформатора η=0,87; на режиме гидромуфты к. п. д. достигает η=0,97.

Величина к. п. д. гидротрансформаторов с высокими преобразующими свойствами на 5—6% ниже, чем гидротрансформаторов с низким коэффициентом трансформации. На автомобилях применяются гидротрансформаторы с коэффициентом трансформации К=2-6. Коэффициент полезного действия таких гидротрансформаторов соответственно равен η=0,87-0,8.

Кривая изменения коэффициента первичного момента характеризующего нагружающие свойства гидротрансформатора, показывает, что гидротрансформатор обладает переменной «прозрачностью», вначале убывающей, в середине и конце возрастающей. Под степенью «прозрачности» гидротрансформаторов разумеется их способность изменять нагрузку на ведущем валу и, следовательно, на валу двигателя в зависимости от нагрузки на валу турбинного колеса.

Применительно к автомобилю при «прозрачном» гидротрансформаторе двигатель работает с различным числом оборотов в зависимости от изменения сопротивления движению при неизменном положении педали управления дроссельной заслонкой. При работе с «непрозрачным» гидротрансформатором число оборотов двигателя устанавливается лишь в соответствии с положением дроссельной заслонки, изменение же внешних сопротивлений движению автомобиля не оказывает влияния на число оборотов насосного колеса. Высокая степень «прозрачности» позволяет полнее использовать мощность двигателя, особенно при разгоне.

При трогании с места двигатель, снабженный «прозрачным» гидротрансформатором, на первых порах может работать на режимах, близких к наибольшему крутящему моменту, а затем по мере уменьшения сопротивления движению и увеличения скорости движения вследствие увеличения оборотов будет развивать большую мощность без изменения положения дроссельной заслонки. Разгон автомобиля в силу этого улучшается. Так, например, если при трогании с места двигатель делает 2400 об/мин, а в момент завершения разгона при коэффициенте трансформации, равном единице, — 3200 об/мин, то степень его «прозрачности» составит 2400/3200=75%.

Гидротрансформаторы, допускающие указанное изменение числа оборотов двигателя, называют «прозрачными», а гидротрансформаторы с отношением, равным 90—100%, «непрозрачными». Гидротрансформаторы с промежуточными значениями этого отношения называют «полупрозрачными».

При заданных размерах гидротрансформатора и установленном Числе оборотов его нагружающие свойства будут пропорциональны Коэффициенту первичного момента λ₁. Гидротрансформатор, показанный на фиг. 33, обладает незначительной «прозрачностью» на режиме гидротрансформатора. В интервале передаточного отношения i=0-0,5 наблюдается так называемая обратная «прозрачность», т. е. свойства гидротрансформатора таковы, что с уменьшением сопротивлений числю оборотов двигателя при неизменном положении дроссельной заслонки уменьшается. Ниже дано значение коэффициента первичного момента для ряда значений передаточного отношения:



Отношение коэффициентов первичных моментов, соответствующих режиму трогания и режиму гидромуфты, характеризует степень «прозрачности» гидротрансформатора. В данном случае она равна 1,4/1,6=0,87 и гидротрансформатор по нагружающим свойствам считается «полупрозрачным».

Гидротрансформатор НАМИ обладает высокими преобразующими свойствами при удовлетворительном к. п. д. в широком интервале угловых скоростей и поэтому пригоден для работы в трансмиссиях автомобилей и тягачей большой грузоподъемности, имеющих мощность двигателя 250—400 л. с. Максимальный коэффициент трансформации, равный 4,37, достигается при 1880 об/мин. При работе гидротрансформатора на режиме гидромуфты «прозрачность» значительно возрастает; при этом момент, нагружающий двигатель, значительно уменьшается.

На фиг. 35 показана гидромеханическая трансмиссия «Торокон», предназначенная для автобусов и грузовых автомобилей, которые работают с частым переключением передач. Гидротрансформатор одноступенчатый, он может быть выполнен или с реактором на муфте свободного хода, или с механизмом, блокирующим гидротрансформатор, как показано на фиг. 35. Коробка передач — двухступенчатая.



Переключение передач с высшей на низшую и обратно осуществляется многодисковыми муфтами сцепления с гидравлическим приводом. Задний ход осуществляется через отдельный промежуточный вал.



На фиг. 36 показана гидромеханическая коробка передач ТТ-270, которая установлена на опытном образце американского автомобиля высокой проходимости Т-51 совместно с восьмицилиндровым двигателем (с противолежащими цилиндрами) воздушного охлаждения мощностью в 250 л. с. Передача представляет собой комбинацию трехколесного гидротрансформатора с планетарной коробкой передач, обладающей двумя степенями свободы. Планетарная коробка обеспечивает три передачи вперед и передачу назад. Переключение передач автоматизировано. Элементы передачи соединены следующим образом: на валу двигателя 1 установлено насосное колесо трансформатора, на валу 2 — турбинное колесо и солнечная шестерня 8, на валу 3—направляющий аппарат и барабан тормоза 4. Солнечная шестерня 12 составляет одно целое с несущим диском муфты сцепления 5. Ведомый вал 10 соединен с водилом обеих планетарных передач, причем сателлиты 7 и 11 этих рядов находятся в зацеплении друг с другом (дифференциал с цилиндрическими сателлитами). Порядковые номера передач в зависимости от включения соответствующих тормозов и муфты сцепления указаны в табл. 10.

Таблица 10. Состояние фрикционных элементов при включении различных передач

Включенная передача	Муфта сцепления	Тормоз один	Тормоз два	Тормоз три
Первая	Выключена	Включен	Выключен	Включен
Вторая	Включена	»	»	Выключен
Третья	»	Выключен	»	»
Заднего хода	Выключена	Включен	Включен	»

Следует указать, что коробка передач ТТ-270 устанавливается совместно с двигателями АО-536-1 и АО-536-2 взамен аналогичной коробки передач ЕХ-230, тяговая характеристика которой также приведена на фиг. 36.

На фиг. 37 показана двухступенчатая передача «Уайт-Гидроторок», которая широко применяется на грузовых автомобилях и автобусах. Гидротрансформатор вследствие наличия муфт свободного хода имеет возможность переходить на режим гидромуфты.



На фиг. 38 показана конструктивная схема четырехступенчатой гидромеханической коробки передач. Четырехколесный гидротрансформатор имеет коэффициент трансформации к=2,6 и максимальный к. п. д. 0,88. При работе на режиме гидромуфты к. п. д. равен 0,98. Конструкция коробки выполнена так, что на двух низших передачах разгон и движение автомобиля производится с применением гидротрансформатора. Бесступенчатое и плавное изменение крутящего момента обеспечивает плавное трогание автопоезда и безостановочное движение по труднопроходимым участкам пути. На двух высших передачах (прямой и ускоренной) гидротрансформатор блокируется, вследствие чего экономичность автомобиля при большой скорости движения значительно улучшается.



Все передачи переключаются с помощью муфт сцепления под нагрузкой, что также способствует повышению тяговой динамики и экономичности автомобиля. Диски муфт сцепления с металлокерамическими накладками работают в масле. Управление всеми передачами гидравлическое избирательное. Подается масло в механизмы выключения, в контур циркуляции и ко всем трущимся поверхностям с помощью двух масляных насосов (сухой картер). Охлаждается масло в радиаторе.

На фиг. 39 показана гидромеханическая коробка передач «Гидро-Медиа». Она является дальнейшим развитием описанной выше коробки передач «Медиа». Коробка передач «Гидро-Медиа» представляет собой комбинацию гидротрансформатора с механической коробкой передач. В рассматриваемой коробке передач, предназначенной для двигателей с крутящим моментом до 65 кгм, первая передача используется для разгона. Первая передача образуется с помощью гидротрансформатора, а вторая и третья—помимо гидротрансформатора.



На фиг. 40 показано изменение к. п. д. при разгоне автобуса с коробкой передач «Гидро-Медиа». При работе коробки передач на первой передаче (на гидротрансформаторе) к. п. д. имеет наименьшее значение, а на второй и третьей передачах — не меньше, чем к. п. д. обычной ступенчатой коробки передач.



В качестве примера попыток создать надежную трансмиссию на фиг. 41 показана коробка передач «Брокгауз-Салерни» (Англия), установленная на автобусе. В данной коробке применен трехколесный одноступенчатый гидротрансформатор с направляющим аппаратом, установленным на муфте свободного хода. В первых образцах передачи «Брокгауз-Салерни», выпущенных во время войны, применялся двухступенчатый трансформатор с коэффициентом трансформации, равным 4. В настоящей конструкции коэффициент трансформации к=2,8. Коэффициент трансформации уменьшен с целью повышения к. п. д. при работе на режиме гидромуфты. В коробке передач предусмотрена понижающая планетарная передача с передаточным отношением 1,66, включенная параллельно гидротрансформатору. При этом водило планетарного ряда приводится в действие турбинным колесом, а солнечная шестерня— насосным. Муфта сцепления низшей передачи включается автоматически управляющим устройством, находящимся под воздействием Центробежного регулятора. Ленточный тормоз муфты сцепления включается в случае торможения двигателем при накате. Следует Указать, что торможение двигателем в данной системе весьма незначительио, что является недостатком трансмиссии. Второй ленточный тормоз облегчает переключение реверсивной муфты.



Особенностью передачи «Брокгауз-Салерни» являются литые колеса трансформатора, а также применение подшипников скольжения. Для предотвращения утечки масла не принято никаких специальных мер. Весь агрегат работает в закрытом кожухе, и масло, стекающее в поддон, возвращается в круг циркуляции насосом.

В последние годы намечается тенденция к применению на автомобилях гидростатических передач. Особенно широкое распространение указанные передачи получили в сельскохозяйственных тракторах и дорожных машинах в качестве вспомогательных приводов. В гидростатических передачах для циркуляции масла в системе используются объемные насосы и гидромоторы шестеренчатого, поршневого и лопастного типа. В круге циркуляции гидропривода энергия от ведущих элементов к ведомым передается вследствие увеличения давления жидкости в насосе и уменьшения этого давления в гидромоторе. Так как жидкость возвращается в насос с такой же скоростью, с какой из него выходит, то изменения кинематической энергии не происходит. Поэтому такая передача называется гидростатической в отличие от ранее рассмотренных гидротрансформаторов, у которых в круге циркуляции жидкости наблюдается изменение скорости ее движения.

Трансформация крутящего момента в гидростатических передачах достигается путем принудительного или автоматического изменения объемной производительности насоса. В современных гидростатических передачах коэффициент трансформации достигает 4—5, а к. п. д. 0,75—0,85. Таким образом по указанным параметрам гидростатические передачи не имеют преимуЩеств перед гидродинамическими. На фиг. 42 дано сравнение коэффициента трансформации гидростатической и гидродинамической передач.



Основными преимуществами гидростатических передач являются:

• 1) обеспечение непрерывной передачи энергии от одного насоса на ряд гидромоторов и удобства размещения привода в месте потребления энергии (например, в колесах автомобиля);
• 2) простое осуществление реверсирования и установки в нейтральное положение;
• 3) высокая точность регулирования скорости и синхронность приводов;
• 4) плавное изменение скорости и крутящего момента и предохранение трансмиссии от ударов и перегрузки.

Одновременно с этим для гидростатических передач характерны следующие недостатки:

• 1) большие осевые и радиальные нагрузки на подшипники и другие детали;
• 2) высокая точность механической обработки рабочих поверхностей;
• 3) сложное устройство уплотнений;
• 4) высокая стоимость и вес.

Применительно к автомобилю гидростатические преобразователи момента имеют недостаточно высокий коэффициент трансформации, суженный диапазон передаточных отношений, вследствие чего имеется необходимость в применении механических передач.

Многообразие типов коробок передач указывает на незавершенность процесса их создания. При таком положении конструкторы, работающие над созданием новых типов автомобилей и автобусов, поставлены в трудное положение при выборе типа коробки передач. Так как доводы в пользу той или иной коробки передач разнообразны и противоречивы, то обычно стремятся удовлетворить основным требованиям. Среди факторов, определяющих выбор типа коробки передач, важное значение имеют стоимость, надежность работы, срок службы и экономичность. В ряде специальных случаев важнейшими требованиями являются облегчение труда водителя и. упрощение управления автомобилем, с тем чтобы водитель имел возможность выполнять другие функции, например, собирать плату в автобусах.

Применительно к автомобилям высокой проходимости и тягачам важнейшим стимулом является стремление к повышению проходимости путем неразрывной передачи силы тяги.

Преобладающее применение ступенчатых коробок передач, наблюдаемое в настоящее время, объясняется тем, что их стоимость относится к стоимости современных усовершенствованных коробок передач как 1:4 или 1:5. Вес усовершенствованной коробки передач также значительно выше, надежность — ниже. В указанных недостатках заключается первое весьма важное препятствие на пути внедрения усовершенствованных трансмиссий. При применении современных автоматических и полуавтоматических трансмиссий улучшается разгон автомобиля, облегчается и упрощается труд водителя, который нередко освобождается для выполнения дополнительных функций. Поэтому работы над ними продолжаются и главное стремление направлено к увеличению к. п. д.

На фиг. 43 дано сопоставление к. п. д. коробки передач с кулачковыми муфтами (фиг. 24) и коробки передач «Медиа» (фиг. 30), переключаемой под нагрузкой. Сравнение к. п. д. коробок передач производилось при полной нагрузке и было поставлено в зависимость от изменения температуры масла в картере.



Сравнение результатов опытов показывает, что к. п. д. коробки передач, имеющей принудительную смазку и «сухой» картер, выше, чем к. п. д. обычной коробки передач. Это свидетельствует о том, что коробки передач, переключаемые под нагрузкой, в ряде случаев вполне могут заменить обычные коробки передач. Такие коробки передач экономичны и при усовершенствовании муфт сцеплений могут получить широкое распространение в связи с необходимостью улучшения тяговых качеств автомобилей высокой проходимости и тягачей.

Гидродинамическая передача, которой свойственны значительные потери, в настоящее время применима только при разгоне или при движении по тяжелым участкам пути небольшой протяженности. Для постоянного использования гидродинамическая передача не может быть рекомендована. Возможности гидродинамического процесса уже предельно исчерпаны и дальнейших усовершенствований можно ожидать лишь от введения непрерывной регулировки лопаток.

При выборе типа трансмиссии существенное значение имеет квалификация водителя. На грузовых автомобилях, которыми, как правило, управляют водители-профессионалы, необходимость автоматического изменения передач меньше, чем на легковых автомобилях личного пользования, управляемых обычно водителями низкой квалификации. Неслучайно, что гидромеханические передач# наибольшее применение получили на легковых автомобилях. Однако фирма GMC выпустила гидромеханическую трансмиссию «Пауэр Метик» для грузовых автомобилей и устанавливает ее на многие модели.

Для определения геометрических параметров шестерен коробки передач теперь все реже принимают в качестве расчетного режима максимальный момент. В качестве надежной основы для расчета коробки передач на прочность может служить лишь измеренное действительное изменение крутящего момента на автомобиле при его движении в наиболее'тяжелых условиях. Силовая передача должна обеспечивать надежную работу при минимальной затрате материала. Современные методы динамометрических и тензометрических исследований позволяют точно устанавливать нагрузочный режим и измерять напряжения. Опыты показывают, что степень загруженности трансмиссии зависит от жесткости силового привода. Мягкие сцепления и упругие муфты существенно снижают предельные напряжения в детали трансмиссии. В табл. 11 приведены данные упругого шарнира типа «Лайруб», получившего распространение в Англии и Германской федеральной республике.



Вследствие упругой деформации резиновых блоков в силовой передаче снижаются удары, допускаются более значительные несоосность, осевые смещения и перекосы. Шарнир эластичен, бесшумен и не требует смазки. Он состоит из четырех блоков, попарно передающих крутящий момент. При равномерном характере нагрузки допустимая величина предельного крутящего момента может быть удвоена.

Наряду с шарниром «Лайруб» применяются резиновые шарниры с крестовинами, между которыми в замкнутых кожухах помещены резиновые вставки, передающие крутящий момент. На фиг. 44 показана зависимость величины крутящего момента «а разных передачах от жесткости сцепления.



Обзор конструкций коробок передач показывает, что в настоящее время наиболее часто применяют многоступенчатую коробку передач с фрикционным сцеплением или гидромуфтой, что объясняется ее простотой, надежностью в работе и высоким к. п. д. Высокие к. п. д. современных ступенчатых коробок передач позволяют применять на автомобилях двигатель с меньшей мощностью. Дополнительная коробка передач существенно улучшила ступенчатую трансмиссию грузовых автомобилей и тягачей. Применение обычной многоступенчатой коробки передач в сочетании с гидротрансформатором оказалось пока ограниченным. Автоматизация переключения ступенчатой передачи так и остается заманчивой, но еще недостаточно разрешенной задачей.

Среди различных направлений разрешения этой задачи наилучшие результаты достигнуты при применении гидротрансформатора в качестве основного элемента. Существенный недостаток гидротрансформатора заключается в низком к. п. д., который нередко ограничивается узким интервалом угловых скоростей.

Известная фрикционная бесступенчатая передача на автомобилях не применяется ввиду крайней ненадежности в работе, значительного износа и ограниченной величины передаваемого крутящего момента.

Не прекращаются попытки создать гидрообъемный силовой привод, несмотря на трудности, связанные с необходимостью уменьшить его вес и повысить надежность. При создании надежных насосов и гидромоторов может быть создан силовой привод с к. п. д. 0,8—0,9, исключающий необходимость в главной передаче и тормозах.

Особое место в развитии автоматической трансмиссии занимает импульсная бесступенчатая передача. Недостаток импульсной передачи состоит в знакопеременном характере получаемого крутящего момента, в связи с чем требуется применять в качестве выпрямителей муфты свободного хода. Замыкание автологов производится силами трения, обусловливающими значительный износ и ненадежность в работе механизма вследствие высокой цикличности крутящего момента. Перспектива применения импульсных передач мала и находится в зависимости от создания выпрямителя, не связанного с силами трения.

Электрическая силовая передача на автомобилях применяется редко вследствие низкого к. п. д. при разгоне, значительного веса и недостаточной надежности в работе. Электрическая силовая передача на каждое колесо применяется при создании мощных автопоездов с несколькими прицепами, имеющими ведущие колеса. Газотурбинные и паровые двигатели способны изменять крутящий момент в 3—4 раза. Однако такие пределы изменения крутящего момента не исключают необходимости в дополнительной механической коробке передач. Важно отметить, что к. п. д. теплового двигателя существенно снижается по мере увеличения степени трансформации крутящего момента.

Таким образом трансформация крутящего момента с помощью гидродинамических, электрических и термодинамических процессов сопровождается значительным уменьшением к. п. д. передач. Зависимости уменьшения к. п. д. от величины коэффициента трансформации различны.

Несмотря на значительные трудности в создании новых более современных трансмиссий, можно считать, что развитие многоприводных автомобилей и тягачей будет сопровождаться совершенствованием механизмов силовой передачи в направлении автоматизации управления, хотя стоимость их изготовления и вес будут увеличиваться.