Планетарный редуктор — один из ключевых механизмов, который сделал возможным создание компактных многоступенчатых автоматических коробок передач. В классической гидромеханической АКПП несколько планетарных рядов объединяются с фрикционными пакетами, тормозами и гидравлической системой управления. Благодаря этому коробка способна автоматически изменять передаточное отношение, не требуя от водителя ручного переключения передач и разрыва потока мощности.
Что такое классическая гидромеханическая АКПП
Классическая автоматическая коробка передач состоит из нескольких основных узлов:
- гидротрансформатора;
- одного или нескольких планетарных механизмов;
- фрикционных муфт;
- тормозных элементов;
- гидравлического блока управления;
- масляного насоса;
- электронного блока управления в современных конструкциях.
В отличие от механической коробки, где водитель или роботизированный привод непосредственно выбирает шестерни и размыкает сцепление, гидромеханический «автомат» выполняет эту работу с помощью гидравлики, электроники и фрикционных элементов.
Главная особенность такой конструкции заключается в том, что передаточное отношение изменяется не за счет перемещения обычных шестерен, а путем изменения того, какой элемент планетарного ряда является ведущим, ведомым или неподвижным.
Из чего состоит планетарный ряд
Простейший планетарный механизм включает четыре основных элемента:
- солнечную шестерню;
- сателлиты;
- водило;
- коронную шестерню с внутренними зубьями.
Сателлиты устанавливаются на осях водила и одновременно зацепляются с солнечной и коронной шестернями.
Такая схема имеет важное преимущество: один и тот же комплект шестерен способен обеспечивать несколько различных передаточных отношений.
Например, если солнечная шестерня является ведущей, а коронная заторможена, водило может вращаться с пониженной скоростью, обеспечивая первую передачу. Если изменить комбинацию соединений и торможения элементов, тот же планетарный ряд может работать уже с другим передаточным отношением.
Именно принцип изменения состояния элементов планетарного ряда лежит в основе работы большинства классических автоматических трансмиссий.
Почему в АКПП используют сразу несколько планетарных рядов
Одного планетарного ряда недостаточно для получения большого количества передаточных ступеней в компактном корпусе.
Поэтому производители объединяют несколько рядов в сложные планетарные механизмы. Их элементы могут быть соединены между собой таким образом, чтобы разные комбинации фрикционных муфт и тормозов обеспечивали разные передачи.
Условно четырехступенчатая или шестиступенчатая АКПП может иметь несколько планетарных рядов, причем часть элементов одного ряда связана с элементами другого.
При этом количество физических шестерен внутри коробки не означает количество передач напрямую. Одна и та же механическая группа может участвовать в формировании нескольких ступеней.
Как АКПП получает разные передачи
Для изменения передаточного отношения коробка должна определить, какие элементы планетарного механизма необходимо:
- соединить с входным валом;
- соединить с выходным валом;
- затормозить;
- оставить свободно вращающимися.
За выполнение этих операций отвечают фрикционные муфты и тормоза.
Например, при включении определенного пакета фрикционов солнечная шестерня может соединяться с входным валом. Другой пакет может удерживать коронную шестерню. В результате возникает определенная кинематическая схема и соответствующее передаточное отношение.
При переходе на следующую передачу одна комбинация фрикционов отключается, а другая включается.
Современная АКПП делает это автоматически и достаточно быстро.
Роль фрикционных пакетов
Фрикционный пакет состоит из набора чередующихся фрикционных и стальных дисков. При подаче давления на поршень диски сжимаются и начинают передавать крутящий момент.
В зависимости от конструкции фрикционная муфта может:
- соединять два вращающихся элемента;
- связывать планетарный элемент с входным валом;
- блокировать определенную часть планетарного механизма через связь с корпусом.
Тормозные пакеты выполняют похожую задачу, но их основная функция — удерживать определенный элемент планетарного ряда от вращения.
Таким образом, планетарные ряды сами по себе не «переключают передачи». Передачу формирует комбинация состояний планетарных элементов и фрикционных исполнительных механизмов.
Как происходит переключение
Предположим, автомобиль движется на первой передаче.
Электронный блок управления получает информацию о:
- скорости автомобиля;
- положении педали акселератора;
- частоте вращения двигателя;
- нагрузке;
- температуре рабочей жидкости;
- скорости вращения входного и выходного валов.
На основании этих данных система определяет, когда необходимо перейти на следующую ступень.
Затем управляющий соленоид изменяет давление в соответствующем гидравлическом канале. Один фрикционный пакет начинает отключаться, а другой — включаться.
Особенно важно правильно синхронизировать эти процессы. Если новый пакет включится слишком резко, водитель почувствует удар. Если давление будет недостаточным или включение затянется, возможно проскальзывание фрикционов и их ускоренный износ.
Поэтому современные АКПП постоянно регулируют давление и время срабатывания исполнительных механизмов.
Гидротрансформатор и его роль
Перед планетарными механизмами находится гидротрансформатор. Он выполняет сразу несколько функций.
Во-первых, он передает крутящий момент от двигателя к коробке передач через поток рабочей жидкости. Во-вторых, позволяет автомобилю оставаться неподвижным при работающем двигателе и включенном режиме езды. В-третьих, способен кратковременно увеличивать передаваемый крутящий момент при определенных режимах движения.
Внутри гидротрансформатора находятся:
- насосное колесо;
- турбинное колесо;
- реактор;
- рабочая жидкость.
На современных АКПП дополнительно используется блокировочная муфта гидротрансформатора. После начала движения она может частично или полностью соединять двигатель с трансмиссией напрямую, уменьшая гидравлические потери.
Почему у «автомата» может быть 6, 8 или 10 передач
Увеличение количества ступеней позволяет более точно выбирать передаточное отношение в зависимости от режима движения.
На низких передачах коробка обеспечивает большое увеличение крутящего момента на колесах. По мере ускорения автомобиля передаточное отношение уменьшается.
На высших передачах двигатель может работать при меньшей частоте вращения, что способствует снижению расхода топлива и шума.
Однако увеличение числа ступеней усложняет конструкцию. Необходимо больше вариантов управления фрикционными элементами, более точная гидравлическая система и сложные алгоритмы электронного управления.
Поэтому современные многоступенчатые АКПП — это не просто несколько планетарных редукторов, установленных последовательно. Это единая мехатронная система, в которой механика, гидравлика и электроника работают совместно.
Как планетарные ряды обеспечивают задний ход
Для движения автомобиля назад необходимо получить обратное направление вращения выходного элемента.
В простом планетарном механизме это можно сделать, зафиксировав водило и передавая вращение через солнечную и коронную шестерни.
В результате выходной элемент начинает вращаться в направлении, противоположном входному.
В реальных многоступенчатых АКПП задний ход формируется определенной комбинацией муфт и тормозов. Электронная система управления активирует необходимые элементы после выбора режима R.
Что происходит в режиме P, N, D и R
P (Park) — парковочный режим. Помимо определенной схемы работы трансмиссии, включается механический парковочный фиксатор, блокирующий выходной механизм коробки.
N (Neutral) — нейтраль. Поток мощности между двигателем и колесами разрывается за счет соответствующего состояния фрикционных элементов.
D (Drive) — автоматический режим движения вперед. Коробка самостоятельно выбирает необходимые передаточные отношения.
R (Reverse) — задний ход. Планетарные элементы получают комбинацию соединений, обеспечивающую обратное направление вращения выходного вала.
Почему планетарная конструкция получается компактной
Обычная зубчатая передача требует определенного количества отдельных шестерен и механизмов для их соединения. Планетарный механизм позволяет нескольким элементам использовать один общий зубчатый контур.
Кроме того, несколько планетарных рядов можно объединять в достаточно компактные конструкции.
Это особенно важно для автомобилей, где пространство под капотом ограничено.
Еще одно преимущество — возможность распределять нагрузку между несколькими сателлитами. Крутящий момент передается одновременно через несколько точек зацепления, что позволяет получить высокую нагрузочную способность при относительно небольших размерах механизма.
Какие преимущества дают планетарные АКПП
Классические гидромеханические автоматы получили широкое распространение благодаря сочетанию нескольких характеристик:
- плавному переключению передач;
- возможности автоматического выбора передаточного отношения;
- способности передавать высокий крутящий момент;
- компактности планетарных механизмов;
- возможности интеграции гидротрансформатора;
- удобству управления;
- возможности использовать несколько передач в одном корпусе.
При этом конструкция остается достаточно сложной. В ней одновременно работают зубчатые механизмы, подшипники, фрикционы, гидравлические каналы, соленоиды и электронные системы управления.
Откуда берется износ
Основными зонами потенциального износа являются фрикционные диски, подшипники, втулки, уплотнения, насос и элементы гидравлического блока.
Большое значение имеет состояние трансмиссионной жидкости. Она не только передает давление в гидравлической системе, но и выполняет функции смазки и отвода тепла.
При перегреве свойства жидкости ухудшаются, а продукты износа могут загрязнять гидравлические каналы и клапаны. Это способно привести к неправильному управлению давлением и проблемам с переключением.
Однако конкретные интервалы обслуживания зависят от конструкции конкретной коробки и требований производителя автомобиля.
Почему классическая схема остается актуальной
Несмотря на развитие вариаторов, роботизированных трансмиссий и электрических приводов, гидромеханические АКПП продолжают использоваться благодаря хорошо отработанной конструкции.
Планетарные механизмы позволяют создавать трансмиссии с большим количеством ступеней без чрезмерного увеличения габаритов. Гидротрансформатор обеспечивает плавную передачу момента, а электронное управление позволяет точно контролировать работу фрикционных пакетов.
По сути, современный «автомат» представляет собой сложную систему, в которой планетарный механизм отвечает за формирование передаточного отношения, фрикционные элементы — за переключение кинематических схем, гидравлика — за создание управляющих усилий, а электроника — за выбор оптимального момента и режима их работы.
Итог
Многоступенчатая гидромеханическая АКПП — это пример эффективного объединения механики, гидравлики и электроники. Основой ее механической части служат планетарные ряды, способные получать разные передаточные отношения благодаря изменению того, какой элемент является ведущим, ведомым или заторможенным.
Несколько планетарных рядов позволяют сформировать большое количество передач в относительно компактном корпусе. Фрикционные пакеты обеспечивают переключение между кинематическими схемами, гидравлический блок управляет их включением, а электронная система рассчитывает момент переключения.
Именно такая архитектура позволила классическим автоматическим коробкам передач пройти путь от сравнительно простых трех- и четырехступенчатых конструкций до современных 8- и 10-ступенчатых трансмиссий, сохранив базовый принцип работы — изменение передаточного отношения за счет управления планетарными рядами.