Djerichov_uchebn_ch2_65_144

стоянномзацеплениисшестернями, называемымисателлитами. Последние свободно вращаются на своих осях, закрепленных в водиле.

Зубчатое большое центральное колесо внутреннего зацепления, называемое эпициклом, своей коронойили большимкольцомнаходится в постоянном зацеплении с сателлитами и окружает всю конструкцию. Следуетотметить, чтомалоецентральноеколесо, водилоиэпициклвращаются относительно одной общей оси, в то время как сателлиты вращаются относительно собственных независимых осей и в то же самое время вместе с водилом вращаются относительно малого центрального колеса. Это подобно планетам, вращающимся относительно своих осей и в то же время вокруг солнца.

Трансмиссия с автоматической коробкой передач включает в себя: гидротрансформатор, коробку переключения передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал и полуоси. В настоящее время используютсятрансмиссииспереднеизаднеприводнымисхемамикомпоновки. В переднеприводных схемах используют поперечное или продольное расположение двигателя (рис. 37). В заднеприводных схемах главная передача и дифференциал расположены, как правило, вместе и компонуются они в едином картере. Хотя их функции различны, но работаютонисовместно(рис. 38). Цельглавнойпередачисостоитвтом, чтобыизменитькрутящиймоментиоборотыпослекоробкипередач. При этомвеличина крутящего момента увеличивается, а обороты снижаются.

Взаднеприводныхавтомобиляхспродольнымрасположениемдвигателя в главной передаче используются гипоидные передачи (рис. 39), которые позволяют располагатьведущую шестерню ниже центразубчатого колеса. Это делается для обеспечения более низкой и благоприятной установки карданного вала (рис. 40).

Вкоробке передач с поперечным расположением используются планетарные или конические передачи со спиральными зубьями. Как правило, ведомоезубчатоеколесоглавнойпередачизакрепляетсянепосредственно на водиле дифференциала.

Дифференциал, находящийсявнутризаднегомоста, выполняетдве

главные задачи:

во-первых, он всегда делит крутящий момент поровну между приводными колесами;

во-вторых, онобеспечиваетразностьугловыхскоростейвращения приводных колес во время криволинейного движения.

Передняя часть автомобиля

Рис. 37. Компоновка переднеприводной трансмиссии

В автоматических коробках переключения передач, в отличие от механических вальных коробок передач, используются фрикционные муфты, управляемые гидравликой, получившие название гидромуфты.

Гидромуфта – это самыйпростой элемент гидропривода. Принцип действия гидромуфты дает идеальное представление о том, как масло участвуетвпередачекрутящегомоментадвигателя. Конструкциягидромуфтыочень простая. Онасостоитизнасосногоитурбинногоколес, находящихся в заполненном маслом кожухе (рис. 41).

Принцип действия гидромуфты заключается в следующем.

При вращении насосного колеса масло под воздействием центробежнойсилы начинает двигаться по направляющим лопаткам, приобретая при этом кинетическую энергию. При выходе из насосного колеса оно попадаетв турбинное колесо, где при соприкосновениис его лопаткамиотдаетсвоюэнергию, приводятемсамымтурбинноеколесововращение. При быстром вращении рабочего колеса в масле возникают два

Относительный

поток

Насосное

колесо

Рис. 42. Относительный поток масла в гидромуфте

Рис. 43. Возникновение центробежной силы, которая удерживает воду в ведре при его вращении

Посколькувода ограничена стенкамии днищемведра, тоона остается относительно него практически неподвижной. Если в стенке ведра сделать отверстие, то под действием давления, вызванного центробежной силой, вода начнет вытекать из ведра, совершая тем самым относительноедвижение. Абсолютнаяскоростьводывотверстиибудетопределяться векторной суммой скорости переносного движения и скорости относительного движения.

В гидромуфте такого ограничения нет. Масло из центральной частибыстровращающегосянасосногоколесадвигаетсяпоегоизогнутому профилюинанаружномдиаметревыходитизнего, попадаявтурбинное колесо. Таким образом, масло, приобретая кинетическую энергию от вращения вместе с насосным колесом, попадает на лопатки турбины, отдаваяейчастьсвоейэнергии. Устройствогидромуфтытаково, чтокрутящий момент на турбине никогда не превышает момент на насосном колесе.

Переход гидромуфты из состояния скольжения к состоянию передачи полного крутящего момента происходит весьма быстро и эффективно. Дело в том, что природа любого гидропривода такова, что в нем всегдаимеетместоскольжение, т. е. угловаяскоростьтурбинногоколеса никогда не равна угловой скорости насосного колеса. Поэтому максимальной эффективности муфта достигает при относительной скорости, равной 0,9.

Толчком к развитию автоматических коробок переключения передачдляавтомобилейпослужилоиспользование гидромуфтыамериканской фирмой «Chrysler» в 1938 г., а в 1948 г. был разработан гидротранс- форматор-муфта для установки на легковой автомобиль с пятиэлементной конструкцией на новой трансмиссии Dynafion (рис. 44). Результаты эксплуатациикоробкипередачDynafion на автомобиляхоказалисьвесьмауспешными, чтопривелокширокомуиспользованиюгидротрансформаторов в гидромеханических передачах (рис. 45).

Насовременныхавтомобиляхсавтоматическойтрансмиссиейгидротрансформатор стал основным элементом.

Принципдействиягидротрансформаторатакойже, какигидромуфты. Те же самые относительный и переносные потоки, образуемые вращающимся насосным колесом. Но для увеличения крутящего момента на турбинном колесе введен дополнительный элемент – реакторное колесо. Хотя существуют разработки гидротрансформаторов различной сложности, однако в настоящее время в автоматических трансмиссиях

используются в основном гидротрансформаторы с одним реакторным колесом (рис. 46).

Рис. 46. Схема гидротрансформатора с одним реакторным колесом

Реакторное колесо (реактор) устанавливается между выходом из турбиныивходомвнасосноеколесодляповоротапотокажидкогомасла внаправлении, совпадающемснаправлениемвращениянасосногоколеса. В этом случае неизрасходованная энергия масла не тормозит насосноеколесо, какэто происходитв гидромуфте, а помогаетеговращению, что позволяет насосному колесу приобретать дополнительную кинетическую энергию.

Рециркуляцияжидкости увеличиваетскорость потока масла и крутящий момент на турбине по сравнению с моментом, подводимым к на-

сосномуколесуотдвигателя. Следуетотметить, что, помогаянасосному колесу ускорять поток жидкости, реакторное колесо обеспечивает тем самым увеличение крутящего момента. Максимальное преобразование крутящегомомента происходит приполностьюостановленной турбине. Такой режим работы трансформатора называется стоповым.

В процессе изменения крутящего момента преобладающимв жидкости является относительный поток, и поэтому жидкость циркулирует отнасосногоколеса ктурбинеичерез остановленноереакторноеколесо обратно к насосному колесу (рис. 47).

Турбинное Реактор колесо

Рис. 47. Процесс циркуляции масла в гидротрансформаторе

Этопроисходитдотехпор, покаскоростьтурбинынебудетсоставлять0,85 скоростинасосногоколеса. Вэтот моменткоэффициентполезного действия гидротрансформатора начинает уменьшаться, поэтому становится целесообразным перевести работу гидротрансформатора врежимработыгидромуфты. Лопаткиреактораспроектированытак, что при относительной скорости 0,85 поток масла начинает воздействовать на реактор в противоположном направлении. В этот момент реакторное колесо, благодаря муфте свободного хода, теряет связь с картером трансмиссии и начинает свободно вращаться вместе с потоком, не воздействуя на него, в результате чего гидротрансформатор переходит в режим работы гидромуфты (рис. 48).

Масло воздействует на реактор в обратном направлении

Муфта свободного хода разблокирована

Изменение направления потока масла

Рис. 48. Переход работы гидротрансформатора в режим работы гидромуфты

После этого гидротрансформатор начинает работать с коэффициентом трансформации крутящего момента, равным 1,0.

Весь этот процесс трансформации крутящего момента происходит автоматическивзависимостиотвнешнихусловий движениятранспортного средства.

Таким образом, важнейшими преимуществами гидротрансформатора являются:

1. Обеспечениенормальнойработыдвигателяприторможенииили полной остановке автомобиля.

2.В зависимости от условий движения автомобиля он можетработатьврежимегидромуфты, когданеобходимоускоренноедвижение, или

врежиметрансформациикрутящегомоментапридвижениинаподъемах.

3.Сглаживаниеколебанийнагрузкиинепропусканиеихвдвигатель.

4.Поглощение крутильных колебаний, возбуждаемых двигателем, и не пропускание их в трансмиссию.

5.Допускдлительногодвиженияврежиме«остановка–разгон» без возникновения больших динамических нагрузок, что увеличивает срок службы трансмиссии.

Исходя из этих преимуществ, можно сделать вывод о том, что гидротрансформаторявляетсяагрегатом, вкоторомвкачестверабочегоорганаиспользуетсятрансмиссионноемасло. Основнаяфункцияэтогомасла заключается в том, чтобы обеспечить крутящий момент в гидравлическихи гидромеханических механизмах автоматической коробки передач.

4.2.4.Гидравлический усилитель руля

Чтобы уменьшить усилия, затрачиваемые при повороте рулевого колеса, а также смягчить удары, передающиеся на рулевое колесо при наезде управляемых колес на неровности дороги, и повысить безопасность при разрыве шин переднего колеса, в конструкцию рулевого управления поставлен специальный гидравлический усилитель.

Гидроусилитель входит в состав рулевого механизма, который состоитиз картера, винта с гайкойнациркулирующихшариках, рейки, изготовленной вместе с поршнем, гидроусилителя и зубчатого сектора, выполненного заодно с валом рулевой сошки (рис. 49).

Гидроусилитель при этом объединен в один агрегат с рулевым механизмом, ккоторомуотносятсярулеваяколонка, карданныйвалсдвумя сочленениями (рис. 50).

Гайка рулевого механизма жестко закреплена внутри поршня-рей- ки. Зубчатые рейка и сектор имеют зубья, толщина которых изменяется по длине. Это позволяет регулировать зазор в зацеплении «рейка–сек- тор» регулировочным винтом, ввернутым в боковую крышку картера. Для уменьшения трения между винтом и гайкой в их резьбе циркулируют шарики.

Вращение рулевого вала преобразуется в поступательное движе- ниепоршня–рейкиврезультатеперемещениягайкиповинту. Зубьяпор- шня–рейки поворачивают сектор, а вместе с ним вал с сошкой.

Винт

Картер

Рулевой вал

Поршень-рейка

Корпус клапана управления

Золотник клапана управления

Зубчатый

сектор

Вал рулевой сошки

Рис. 49. Рулевой механизм автомобиля ЗИЛ-130

Шланг низкого давления

Шлангвысокого давления

Рулевая колонка

Бачок

насоса

Карданный вал

Насос гидроусилителя

Рулевой механизм

Рулевая сошка

Рис. 50. Рулевое управление с гидроусилителем автомобиля ЗИЛ-130

138

На картере механизма установлен клапан управления.

Насос гидроусилителя лопастного типа двойного действия (имеет две камеры) с бачком и фильтром закреплен на двигателе и приводится в действие ремнем от шкива коленчатого вала. Насос соединен с клапаномуправлениядвумяшлангами: один шланг высокого давления, покоторомуподводитсямаслоотнасоса; другойшлангнизкогодавления(слива), по которому масло возвращается к насосу.

Схема работы рулевого механизма с гидроусилителем автомобиля ЗИЛ-130 показана на рис. 51; ее принцип действиязаключается вследующем.

Во время движения автомобиля по прямой дороге клапан находится в среднем положении и масло из насоса перекачивается в бачок

(рис. 51, а).

а)

Бачок

Фильтр

Насос

Рис. 51 (начало). Схема работы рулевого механизма с гидроусилителем автомобиля ЗИЛ-130:

а – при движении по прямой

139

б)

Гайка Винт

в)

Циркулирующие Картер шарики

Рис. 51 (окончание). Схема работы рулевого механизма

сгидроусилителем автомобиля ЗИЛ-130:

б– при повороте вправо; в – при повороте влево

При повороте вправо клапан перемещается вниз и открывает доступ маслу в пространство над поршнем–рейкой (рис. 51, б).

При повороте рулевого колеса влево клапан перемещается вверх и открывает доступ масла под «поршень–рейку», в результате чего облегчается поворот колес влево (рис. 51, в).

ВкачестверабочейжидкостивгидроусилителеприменяютвсесезонноетрансмиссионноемасломаркиP. Егозаменителемможетбыть: летом– турбинноеилииндустриальноемасло, азимой– веретенноемаслоАУ.

4.3. Основные эксплуатационные свойства трансмиссионных масел

Дляобеспечения надежнойи эффективнойработы узлов, механизмовиагрегатовтрансмиссиймасладолжныобладатьцелымкомплексом положительных эксплуатационных свойств:

высокой смазывающей способностью; высокой термической стойкостью; высокой стойкостью к окислению; антикоррозийной стойкостью; совместимостью с уплотнителями; стойкостью при хранении; взаимосмешиваемостью.

4.3.1. Смазывающая способность трансмиссионных масел

Смазывающая способность трансмиссионного масла характеризуетособенности ирезультат процессовтрения ипроявляетсявспособности масла снижать сопротивление движению (уменьшать силы трения)

ипредупреждать изнашивание трущихся деталей в условиях жидкофазного и граничного режимов.

Жидкофазнаясмазка– этосмазка, прикоторойразделениеповерхностей трения деталей, находящихся в относительном движении, осуществляется жидким смазочным материалом.

Граничная смазка – это смазка, при которой трение и износ между поверхностями, находящимися вотносительном движении, определяетсясвойствамиповерхностейисвойствамисмазочногоматериала, отличными от объемных.

Смазывающаяспособностьмасладолжнанаходитьсявсоответствии с тем режимом трения, который имеет место в каждом конкретном случае смазки.

Все свойства смазочного материала, обеспечивающие снижение затрат энергии на трение и уменьшение изнашиваниямеханизмов, можно разделить на две большие группы: противоизносные и антифрикци-

онные.

Противоизносныесвойствазаключаютсявспособностимаселснижатьпроцессизнашиваниятрущихсядеталейзасчетобразованиянаних граничного слоя, который препятствует непосредственному контакту трущихся деталей. Изнашивание деталей происходит врезультате меха-

нического, абразивного, гидроабразивного, коррозионно-механического

иокислительного воздействия на трущиеся поверхности.

Известныдваосновныхмеханизмапротивоизносногодействиягра-

ничного слоя: расклинивающее и модифицирующее действие. Смазоч-

ные масла, проявляющие эти действия, обладают соответственно расклинивающими и модифицирующими свойствами.

Расклинивающие свойства масла– этоспособность создавать гра-

ничныйслой, обеспечивающийвысокоесопротивлениесближениюконтактирующих поверхностей твердыхтел под действием нормальнойнагрузкиималоесопротивлениетангенциальнымсиламсдвига. Этосвязано с полярностью молекул и наличием в них гидроксильных, карбоксильных и других функциональных групп, содержащих кислород, серу, азот, хлор и др. вещества.

Втрансмиссионных маслах могут находиться молекулярные кислоты, сернистые соединения, смолистые вещества, жирные кислоты, эфиры, животныежирыирастительныемасла. Этивещества, находящиесявмасле, могутобразовыватьсповерхностьютренияграничнуюпленку, которая сопротивляется своему утоньшению и развивает отталкивание, т. е. противодавление.

Расклинивающее действие углеводородов возрастает с увеличением их вязкости, плотности, теплоты смачивания. Эти показатели служат косвенными характеристиками противоизносных свойств.

Модифицирующие (полирующие) свойства масла заключаются

вспособности отдельных элементов смазочного материала взаимодействовать с металламии при этом образовывать новые вещества, отличающиеся по механическим свойствам от основного металла. Однако

втрансмиссионных маслах таких компонентов нет. Они вводятся с присадками, которые обладают полирующими свойствами. Эти вещества содержат серу, хлор, фосфор, а также органические соединения молибдена и др.

Врезультате химического взаимодействия этих веществ с поверхностью металла образуются новые продукты, отличающиеся более низкой температурой плавления и увеличением пластичности.

Например, сера образует сульфиды металла. Температура плавления сульфида железа на 350 °C ниже температуры плавления железа, а фосфида железа ниже на 515 °C. Течение сплава в местах контакта производитхимическоеполированиеповерхности, врезультатечегоснижаются удельное давление и температура.

Противозадирные свойства масла– этоспособностьмасла пре-

дотвращать повреждение трущихся поверхностей в направлении скольжения в виде широких и глубоких борозд, которые называются

задирами.

Задир может произойти в результате процессов схватывания или заедания поверхностей при трении.

Противоизносные свойства трансмиссионного масла повышают путем увеличения вязкости и сохранения в базовом масле природных полярно-активных веществ.

При установлении требованийк величине вязкости трансмиссионных масел исходят из необходимости обеспечения высоких противоизносных свойств и предотвращения утечек, с одной стороны, уменьшения затрат энергии на трение и улучшения пусковых свойств, с другой стороны.

Чем выше вязкость, тем лучше противоизносные свойства и тем большую нагрузку могут выдержать трущиеся детали.

Наулучшениинесущейспособностимасляногослояблагоприятно сказывается местное повышение вязкости в зоне высокого давления.

Несущая (нагрузочная) способность – это свойство масла сохра-

нять пленку масла на поверхностях трения и предохранять их от интенсивногоизноса, атакжесхватыванияподвоздействиембольшойнагрузки, скорости и температуры. Несущая способность принята за основу при классификации трансмиссионных масел для механических передач

(ГОСТ 17479.2–85).

Нагрузка задирания зубчатых колес Рзад возрастает с увеличением вязкости:

Рзад = K Q0,5 ,

где Q – кинематическаявязкостьпритемпературеиспытания(60…90 °C); K – константа, зависящая от условий испытаний.

Поэтому трансмиссионные масла для зубчатых передач отличаются от моторных масел повышенной вязкостью 20…30 сСт при 100 °C.

Для улучшения противоизносных свойств трансмиссионных масел приихприготовлениииспользуютнеочищенныеостаткиотпрямойперегонкинефти, которыесодержатестественныеполярно-активныевещества: смолы, асфальтены, сернистые и кислородные соединения. Кроме того, используюттакже экстрактыот селективнойочисткимоторных масел.

Повышение нагрузок и температуры вызываетнеобходимость введения в масло расклинивающих присадок.

В связи с невозможностью использования в гидромеханических трансмиссиях высоковязкого масла, единственно возможным оказывается использование маловязких масел (жидкостей) и эффективных противоизносных присадок.