РАЗВИТИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ НА БАЗЕ НОВОЙ ПЛАНЕТАРНОЙ СИСТЕМЫ

Тенденция развития машиностроения показывает, что в качестве силовых приводов транспортных средств общего пользования большое распространение получают автоматические коробки передач (АКП), состоящие из гидротрансформатора и многоступенчатого планетарного редуктора – гидромеханические передачи. Их конкурентоспособность во многом определяется техническим уровнем конструкции. Подавляющее большинство таких коробок создано на основе планетарных редукторов (только фирма Honda выпускает коробки передач с неподвижными осями). Как правило, состав планетарных коробок передач современных автомобилей входят два или три планетарных ряда. По сравнению с непланетарными передачами, в которых оси всех зубчатых валов неподвижны, планетарные передачи благодаря применению нескольких промежуточных звеньев (сателлитов) обеспечивают:

-      меньшую напряженность зубьев; - разгруженность центральных валов и подшипников опор от радиальных усилий; - при правильном выборе кинематической схемы высокий КПД; - большее количество передач при меньших габаритах [1, 2].

Можно выделить ряд критериев, характеризующих технический уровень современных АКП:

-   количество ступеней, что характеризует величину диапазона передаточных отношений коробки передач;

-   количество используемых планетарных рядов – сложность и материалоемкость конструкции;

-   количество управляемых элементов – сложность системы управления коробкой передач;

-   КПД коробки передач [3].

В Табл.1 приведены конструктивные параметры некоторых кинематических схем современных автоматических коробок передач легковых автомобилей.

Таблица 1

 

Модель коробки передач	Количество планетарных рядов	Количество управляющих элементов	Количество передач
Chrysler 45RFE	3	6	4
Ford AXOD	3	7	4
GMC 4T40-E	3	9	4
GMC 4T80-E	2	7	4
Mercedes 722.3	3	5	4
Nissan RE4R01	2	6	4
Mitsubishi F4A2	2	5	4
ZF 4H818	2	6	4
Ford 5R55E	2	6	5
ZF 5HP18	3	8	5
Mitsubishi V5A5	3	6	5
Toyota A350E	3	8	5
Mercedes 722.6	3	6	5
ZF 6HP26	3	5	6

 

Основные типы дифференциальных механизмов, применяемых при анализе, синтезе кинематических и структурных схем существующих автоматических коробок передач, а также при создании новых планетарных систем в качестве модуля перспективных АКП для транспортных средств, изображены на Рисунке 1.

В качестве модуля при создании ступенчатой АКП предложен механизм, представляющий собой синтез из трех основных типов дифференциальных механизмов, названный универсальным дифференциальным механизмом (УДМ). На рисунке 2 приведена кинематическая схема УДМ.

Число степеней свободы новой планетарной системы равно двум, для ее кинематической определенности необходимо задавать две связи или два закона движения каких-либо звеньев. Как правило, исследуя свойства дифференциального механизма, одним из законов движения принимают n1=const. Далее необходимо задать какую-либо частоту вращения еще одному из звеньев механизма – например, затормозить одно из звеньев, либо определить взаимосвязь частот вращения двух звеньев. В первом случае получим редуктор (планетарный или обыкновенный – в зависимости от того, какое из звеньев заторможено), во втором случае – замкнутый дифференциальный механизм. Если закон движения определяет равенство частот вращения двух звеньев, то механизм ведет себя как жесткий вал [4, 5].

При торможении одного из коронных колес планетарного ряда сателлиты этого ряда начинают обкатывать его, передавая крутящий момент через оси на водило планетарного ряда. При этом тормоз коронного колеса воспринимает реактивный момент. Далее крутящий момент передается на звено, соединенное с выходным валом. При торможении водила механизм превращается в обычный редуктор, роль реактивного звена играет водило.

Передаточное число между входным и выходным валами определяется выражением [1, 4]:


В качестве варианта схемы коробки передач на основе новой планетарной системы УДМ авторами предложена схема, приведенная на рисунке 3. Схема состоит из упомянутого УДМ, фрикционов ФH1, Ф1, Ф6, позволяющих передавать крутящий момент от двигателя на соответствующие звенья; фрикционов Ф5, Ф4, ФH2, позволяющих снимать преобразованный крутящий момент с соответствующих звеньев, тормозов Т6, ТH, T5.


В Табл.3 приведены передаточные отношения полученной коробки передач при включении тех или иных управляющих элементов.

Полученные значения передаточных отношений посчитаны при следующих условиях: z1=29; z6=97; z4=60; z5=90; zH1=34; zH2=23; zH3=27; zH4=15.

 

Таблица 3

 Параметры коробки передач на основе новой планетарной системы

Переда ча	Передаточное отношение	КПД	ФH1	Ф1	Ф6	Ф5	Ф4	ФH2	Т6	ТН	Т5
1	11,07	0,941		x			x		x
2	8,26	0,970		x		x				x
3	4,34	0,985		x				x	x
4	3,47	0,979			x			x			x
5	3,09	0,976	x			x			x
6	2,55	0,956	x				x		x
7	1,65	0,970			x		x			x
8	1,39	0,967			x		x				x
9	1,00	0,990	x					x
10	0,71	0,991	x			x			x
N
ЗХ	-5,51	0,970		x				x			x

 

Приведенная схема является одним из вариантов использования УДМ в качестве модуля АКП. Приведенная схема реализует 8-11 передач прямого хода, несколько передач заднего хода и нейтраль при двух планетарных рядах и девяти управляющих элементах. Применение коробки передач на основе УДМ может позволить отказаться от применения в конструкции ГТР.

 

Список литературы

1.     Волошко В.В., Галимянов И.Д., Салахов И.И., Мавлеев И.Р. Кинематический и силовой анализ универсального многопоточного дифференциального механизма автоматических коробок передач. [Текст] // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. – 2012. – Т. 1. – № 2 (14). – С. 318-328.

2.     Волошко В.В., Мавлеев И.Р., Салахов И.И., Галимянов И.Д. Автоматическая коробка передач с дифференциальным гидромеханическим трансформатором. [Текст] // Новый университет. Серия: Технические науки. – 2013. – № 10 (20). – С. 33-36.

3.     Волошко В.В.,     Мавлеев И.Р.     Автоматические     трансмиссии    с    динамическими     связями     на    базе дифференциальных гидромеханичексих вариаторов. [Текст] // Справочник. Инженерный журнал. М: ООО «Издательский дом «Спектр». – 2012. – №9. – С 50-55.

4.     Фасхиев Х.А., Салахов И.И., Волошко В.В. Универсальный многопоточный дифференциальный механизм – модуль автоматических коробок передач. [Текст] // Грузовик. – 2010. – № 8. – С. 8-12.

5.     Волошко В.В., Салахов И.И. Автоматическая ступенчатая планетарная коробка передач [Текст]. Патент №2384773 РФ // «Бюллетень изобретений», 2010. – №8.