АКПП - тёмный лес. Часть - 4: устройство механической части АКПП⁠⁠

Итак, продолжим.

Пикабу не позволяет вставить эту картинку в очень большом размере, и чтобы вам совсем страшно стало, пройдите по ссылке: https://www.audi-mediacenter.com/en/photos/detail/eight-spee... , нажмите "Download" и выберите размер "Large". Изображению "корзиночки для покупок" не верьте, картинка сохраняется бесплатно.

Как вы уже успели заметить, современная АКПП совсем не проще атомного реактора.

На картинке выше - современная многоступенчатая коробка о 8-ми передачах от ZF для Audi. Что самое интересное, из всех производителей только Audi любит "всё-в-одном". Больше никто в своих заказах производителям агрегатов до такого не дошёл.

В одном корпусе в ней располагается гидротрансформатор, собственно АКПП в сборе, раздатка, два дифференциала (межосевой "Torsen" и переднего моста), вал привода переднего моста и полуось от дифференциала переднего моста через корпус коробки (под гидротрансформатором) к приводу левого колеса.

Помимо ATF в коробке, в раздатке и дифференциале переднего моста заливается W75-90, в отдельные для них ёмкости со своими пробками. Если слесарь по демонтажу-монтажу АКПП забыл после ремонта (коробка пустая) залить в одну из них масло - попал на деньги. И такие случаи были.

В ней используются аж 10 сальников (1 шт. - сальник гидротрансформатора, 2 шт. - на выходе из коробки в раздатку, 1 шт. - ведущая шестерня раздатки, 1 шт. - выходной вал коробки, 1+2 шт. - на обоих концах вала привода переднего моста, 2 шт. - у дифференциала переднего моста). Конечно, некоторые из них "двойные", но я их посчитал как отдельные, ибо они разграничивают гипоидное масло от ATF.

Итак, в прошлой части я завершил рассказ о работе гидротрансформатора.

Напомню, что работает он в 4-х режимах:
1. Гидротрансформатор крутящего момента (начало разгона на данной передаче)
2. Гидромуфта (конец разгона на данной передаче)
3. Блокировка (уже на высших передачах или - после них)
4. Блокировка с проскальзыванием (со 2-ой или с 3-ей передачи, и в зависимости от положения педали "газа")

Ну, поехали
Любая гидро-механическая АКПП, в отличие от большинства других, является "осевой" коробкой, где все механизмы расположены на одной оси входного и выходного вала. Состоит она из насоса высокого давления, нескольких валов (часто используется схема "вал внутри вала, который внутри вала, который внутри вала, который..."), планетарных редукторов (минимум два) и нескольких многодисковых сцеплений и тормозов.

А началось всё с шарикового подшипника. Состоит простейший шариковый подшипник из трёх основных частей - это внешнее и внутреннее кольца, и сепаратор с шариками, которые катаются в канавках обоих колец.

Кто-то умный повертел его в руках (видимо, долго вертел) и тут заметил, что:

- если удерживать неподвижно внутреннее кольцо и вращать внешнее, то скорость сепаратора получается очень низким

- если удерживать неподвижно внешнее кольцо и вращать внутреннее, то скорость сепаратора получается чуть выше

- если удерживать внутреннее кольцо и вращать сепаратор с шариками, то скорость внешнего кольца вращается намного быстрее сепаратора

- если удерживать сепаратор и крутить любое из колец, то второе кольцо будет вращаться в обратную сторону

- если вращать две из трёх деталей вместе, с одинаковой скоростью, то третья будет вращаться вместе с ними с той же скоростью.

Итак, получается, что если на любую из трёх основных составляющих подшипника подавать вращение, а одну из этих деталей остановить, то с третьего можно получить различные передаточные числа, а иногда и вращение в обратную сторону.

Хммм...

А если на кольцах и шариках нарезать зубья чтобы исключить их по гладким бороздкам? Воу! Вы не думали об этом? А в начале прошлого века -  задумались.

Планетарный редуктор.

Как вы уже поняли, планетарный редуктор состоит из трёх основных частей и состоит из: внутренняя (жёлтая) - "солнечная шестерня", внешняя (красная) - "коронная шестерня" и между ними - "сателлиты" (синие), установленные на своих осях и подшипниках, на объединяющей их детали - "водило" (зелёный).
Короче, начиная от оси редуктора: "солнце", "водило" (с сателлитами) и "корона".

В отличие от классических двух шестерней (с фиксированным передаточным числом у одной передачи) механической коробки, от планетарного редуктора мы можем получить несколько передаточных чисел и обратное вращение на выходе. Всего с него можно получить шесть передаточных чисел.

Для этого нам необходимо на одну из трёх деталей подать момент с некоего двигателя, с одной из двух снимать момент, а третью надо остановить либо относительно некоей внешней неподвижной опоры, либо - относительно одной из двух оставшихся вращающихся деталей.

Например, для пониженной передачи или повышенной, потребуется лишь затормозить коронную (красную) шестерню (нажмите PLAY):

Здесь при постоянно заторможенной "короне" (красная шестерня) подать момент с двигателя можно как на "солнце" и получить с "водила" сателлитов низкие обороты на выходе, так и на водило, сняв с "солнца" довольно высокие.

Чтобы обеспечить прямую передачу (весь механизм вращается как одно целое), надо отпустить тормоз короны и вращать солнце с водилом вместе, заблокировав их друг с другом. Как вариант, можно заблокировать водило с короной, или корону с солнцем. Вариантов несколько.

Таким образом редуктор блокируется и вращается как цельная деталь.
В 4-5-ступенчатых АКПП это обычно третья, прямая передача.

Здесь мы вращаем либо водило, либо корону, снимая с одного из них совершенно разные передаточные числа. Солнце заторможено.

В данном случае мы, вращая либо солнце, либо корону, получаем либо высокую скорость задней передачи, либо низкую соответственно. Водило с сателлитами заторможено.

Однако, у планетарного редуктора с несколькими фиксированными передаточными числами есть один большой минус - все эти передаточные числа сильно отличаются друг от друга.

И для того, чтобы передачи в АКПП отличались друг от друга незначительно (как это требуется от любой КПП), в планетарных коробках всегда задействуется как минимум второй планетарный редуктор. В современных многоступенчатых коробках их может быть до четырёх.

Внутри коробки
Всё это дело задействуется специальными тормозами и сцеплениями, работающим в масле, и которые чаще всего напоминают известное многодисковое сцепление мотоциклов, которое состоит из попеременно уложенных стальных и фрикционных дисков в единую сборку "clutch pack" или "пакет фрикционов". Пакет фрикционов при поджатии их поршнем снизу, упирается в верхний толстый опорный диск:

И всё это запаковано в свой корпус, который называется "drum" или "барабан сцепления" / "корзина сцепления". В ней могут располагаться несколько пакетов:

Пакет фрикционов может не иметь своего собственного корпуса, если выполняют роль тормоза и закладывается всей пачкой в корпус коробки, в котором отлиты рёбра для зацепления стальных дисков. Иногда тормоза установлены в собственном корпусе, который вставляется в корпус коробки.

Стальные диски пакетов фрикционов чаще всего имеют внешние выступы чтобы передавать момент на корпус коробки или корпус барабана. А фрикционы имеют внутренние выступы для передачи момента на деталь, которая задействуется при передаче момента "на" или "с" фрикционов. Хотя, часто и наоборот - с детали на фрикционы.

Так же, часто в качестве тормозов используются ленточные фрикционы (в-основном в старых коробках). Они дешевле в производстве, имеют небольшие габариты и требуют лишь неподвижного упора с одного конца и небольшого гидравлического серво-привода, который давит с другого конца для затормаживания вращения барабана, в котором так же может быть свой пакет фрикционов:

Представляют собою они цельную или разрезанную специальным оборазом стальную ленту из чугуна или высокопрочной стали с наклеенным изнутри фрикционным материалом. К концам конструкции приварены или приклёпаны упоры.

Далее. Усложним наше с вами понимание картинкой ниже.
Как видно на виде сбоку (правый рисунок), гуашью раскрашены те детали, которые жестко приварены к каждой из частей планетарного редуктора:

- голубой вал (вход) - к коронной шестерне

- зелёный вал (выход) - к водилу сателлитов

- жёлтый барабан - к солнечной шестерне.

В барабане установлен пакет фрикционов (зеленые - фрикционы в зацеплении с водилом, желтые - стальные диски в зацеплении с барабаном сцепления) и поршень для его включения.

Красное - ленточный тормоз для остановки барабана сцепления.

В этом случае с редуктора мы получим, пониженную (часто это первая) и прямую (часто это третья) передачи:
а) Для обеспечения пониженной передачи, лентой затормаживается барабан с солнечной шестернёй. В этом случае коронная шестерня входного вала будет заставлять сателлиты вращаться, но так как они обкатываются вокруг небольшой солнечной шестерни, то обороты водила и зелёного вала будет очень низкими.

б) Для переключения на прямую передачу (блокировка работы редуктора) надо отключить ленточный тормоз и замкнуть сцепление. Тогда барабан с солнечной шестернёй сцепляются через пакет фрикционов с водилом сателлитов и работа редуктора блокируется.

Входной вал за счёт коронной шестерни находится в зацеплении с неподвижными сателлитами и вращает всю сборку как единую деталь.

Как вы успели заметить (например по конструкции зелёного вала), некоторые детали "вывернуты наизнанку" чтобы "зайти" в механизм с одной стороны, а "зайти" в сам редуктор - уже с другой, как это видно по зелёному валу. Или - выйти.
Так же хорошо видно что практически не возможно обойтись без схемы "вал внутри вала".

Поэтому АКПП состоит из большого количества деталей, которые нужны только для того, чтобы передать крутящий момент с одной детали редуктора на какую-то другую деталь или вал, либо из одной части коробки перенести в другую её часть.
Но для компактной компоновки агрегата все механизмы кроме редукторов имеют очень хитровывернутые формы.

Как момент "проходит" через всю коробку по передающим деталям и внутри редукторов хорошо показано на следующих схемах (сцепления, тормоза и корпус АКПП не изображены).
Для примера взята схема работы 3-ступенчатой планетарной коробки (устройство передающих деталей сильно упрощено для наглядности):

Чтобы не грузить что там и как влияет на процесс, опишу кратенько:
- 1 передача - задействованы оба планетарных редуктора и выдают вместе очень низкое передаточное число (передний выдаёт пониженное передаточное, задний делает его ещё ниже).
На выходном валу обороты максимально низкие, момент максимально высокий.

- 2 передача - используется только понижение передаточного числа в переднем редукторе, задний не используется.
На выходе из коробки передаточное число немного выше, момент немного ниже, чем на 1-ой.

- 3 передача - передний редуктор заблокирован и вращается как единая деталь. Задний редуктор не используется.
На выходе из коробки обороты и момент равны оборотам и моменту на входе.

- R - момент идёт через передающие детали в обход переднего редуктора и вращает солнечную шестерню заднего редуктора. Водило сателлитов заднего редуктора остановлено и солнце, вращаясь по часовой стрелке, вращает через сателлиты коронную в обратную сторону.

По передаточному числу задняя передача всегда делается где-то между передаточными числами 1 и 2 передач чтобы для безопасности не было возможности "рвать" с места задним ходом, но при этом максимальная скорость была достаточно высокой для свободного манёвра.

Ну и, чтобы окончательно разорвать ваш мозг, покажу как момент проходит через все задействованные на каждой передаче детали на примере 6-ступенчатой АКПП Chrysler 62TE для поперечно расположенных двигателей.
Это двухрядная коробка, где на одной оси - 4 передачи, а на второй оси - 5 и 6 передачи.
На каждой схеме вы можете посчитать количество пакетов фрикционов (сцеплений и/или тормозов), задействованных на данной передаче.

Для начала - внешний вид коробки:

Компоновка:

Нихрена не понятно, но очень интересно?

Штош...:

Там, где потоки момент разделяется, а потом сходится - это подача момента на две части планетарного редуктора для блокировки его работы и "прямой" передачи конкретно через него.

Если кто-то сподозреет, что это я всё сам рисовал (больно надо), то вот вам пруф с документом, из которого сделаны скриншоты: https://atracom.blob.core.windows.net/webinars/chrysler/62te...

А я пока пойду, испью чаю.

Часть - 1, введение: АКПП - тёмный лес. Что такое классический гидромеханический "автомат"

Часть - 2: АКПП - тёмный лес. Что такое классический гидромеханический "автомат". Часть 2 - Гидротрансформатор

Часть - 3: АКПП - тёмный лес. Часть - 3: блокировка гидротрансформатора; режимы  рычага селектора "P-R-N-D-3-2-L" и как с ними жить