Обгонные муфты.

Еще один механизм, который можно встретить в большинстве АКПП - обгонные муфты. Их два вида - кулачковые и роликовые.
Кулачковые всегда устанавливаются во вращающихся деталях.

Принцип работы кулачковой обгонной муфты проста и гениальна: имеем две обоймы - внешняя и внутренняя, рабочие поверхности которых обработаны с высокой точностью, отполированы и закалены. Между ними располагается двойной сепаратор с подпружиненными кулачками S-образной формы.

Подпружинены они для того, чтобы стояли вертикально и равномерно прижимались к обеим обоймам. У кулачков имеется два важных размера: расстояние между вершинами "A" и расстояние между вершинами "B" (верхняя схема на рисунке ниже).

Рисунок ниже, верхняя схема: размер "A" больше, чем расстояние между обоймами. Размер "B" меньше, чем зазор между обоймами.

Если вращать внешнюю обойму по часовой стрелке, кулачки за счет постоянного прижатия и трения с обоймами чуть наклоняются вправо, режут в местах касания обойм масляную плёнку и заклиниваются между ними. Обгонная муфта мгновенно блокируется и внешняя обойма через кулачки начинает вращать внутреннюю.

Если вращать внутреннюю обойму, то кулачки наклоняются влево, а так как размер "B" меньше зазора между обоймами - кулачки беспрепятственно расклиниваются, муфта разблокируется и внешняя обойма может снизить обороты или остановиться, пока внутренняя продолжает вращаться.
Второй вариант развития событий - внутренняя обойма начинает вращаться быстрее внешней.

Роликовые обгонные муфты чаще всего установлены неподвижно и выполняют параллельно функцию полу-подшипника ввиду наличия роликов, которые при работе в масле и свободном вращении в них корзин и барабанов, вращаются, обеспечивая эффект частичного качения. Роликовые обгонки чаще всего используют как точку опоры особо тяжелых деталей массой более 2 кг.

Роликовая обгонная муфта состоит из внутренней цилиндрической обоймы, роликов, поджатых пружинами, и внешней обоймой с "кармашками" для роликов, сделанными под определённым углом (рисунок ниже). Часто имеет сепаратор для упрощения монтажа её между обоймами.

Так как ролики, в отличие от кулачков, имеют цилиндрическую форму, то заклинивание их между обоймами обеспечивается тангенциальным углом, "кармашков" внешней обоймы.

На верхней схеме при попытке вращения внутренней обоймы против часовой стрелки муфта заблокирована:

На нижней схеме вращение внутренней обоймы по часовой стрелке - свободное, так как ролики силой трения внутренней обоймы чуть сдвигаются в глубину "кармашка" и не препятствуют вращению внутренней обоймы.

Роликовые обгонные муфты имеют ресурс, практически приближенный к вечности (за редким исключением). Однако ж кулачковые требуют частой замены, так как подвержены повышенному износу кулачков.

Для чего обгонки нужны конкретно в АКПП?
Для начала можно припомнить, что обгонная муфта есть в каждом гидротрансформаторе, где на ней располагается реакторная крыльчатка. Работу ГТ я описывал во второй части эпопеи "АКПП - тёмный лес".

Второе предназначение обгонной муфты в том, чтобы заблокировать вращение одной из частей планетарного редуктора, которую, как мы помним, нам надо остановить чтобы на вторую часть редуктора подать момент с двигателя, а с третьей снимать преобразованный момент на выходе.

Обгонка ставится в систему тогда, когда на одной передаче производится вращение вала всего одним постоянно замкнутым пакетом фрикционов, а на другой передаче (повышенной), когда задействованы другие сцепления или тормоза, предыдущий пакет просто не выключается.

В этом случае сначала мы вращали внешней обоймой муфты внутреннюю через кулачки, а при переключении на повышенную передачу внутренняя обойма начинает обгонять внешнюю и обгонная муфта позволяет это делать без выключения данного пакета фрикционов.

Высокооборотные уплотнительные кольца.
Речь конкретно о тех, которые устанавливаются для подачи высоких давлений на корзины сцеплений и смазку подшипников.

Мы с вами прекрасно понимаем, что резиновые уплотнения с этим не справятся - их просто выдавит и спилит (хотя, есть всего один единственный прецедент из всех десятков видов АКПП. Но о нём - позже).

Требования к изготовлению колец из твердых материалов - повышенные, такие же, как к поршневым кольцам двигателя, чтобы кольцо плотно прилегало к цилиндрической рабочей поверхности так, чтобы не было утечек.

В-основном используются четыре вида основных материалов, три из них - мега-износостойкие пластики, а четвертый - чугун, который использовался с начала эры производства АКПП вплоть до 00-ых годов.

Некоторые виды колец подвижные (могут свободно вращаться), некоторые неподвижные (имеют выступы, предотвращающие их вращение на валу), а так же - разрезные кольца и неразрезные (использовались в 4-ступенчатых АКПП General Motors).

Уплотнительные кольца всегда устанавливаются в посадочные места исключительно на валах и работают внешней кромкой. Колец, работающих внутренней кромкой, нет.

Чугунных колец два вида - кольца с чёрным, воронёным покрытием, и хромированные.

У этих колец чаще всего используется лабиринтное уплотнение замка с зацеплением, благодаря чему уменьшаются утечки через него, а так же при подаче давления в замке создаётся распирающее кольцо усилие для лучшего прижатия рабочей поверхности.
Реже используется кольца без лабиринтного замка, с обычным вертикальным пропилом.
Кольца из чугуна использовались в коробках до 4-х передач (речь только о легковых авто).

Teflon - первый материал, который начали использовать после чугуна. Эти кольца идут с различными видами наполнителей, повышающими износостойкость. Те, что белые (фото ниже) - с наполнителем из стекловолокна, чёрные - с графитовым наполнителем, либо с медной пудрой (иногда встречаются у коробок FORD модели 5R55). Бывают так же белые с зелеными / красными / синими / желтыми цветовыми вкраплениями (на фото, справа) и полностью зеленые / голубые / желтые / оранжевые / розовые и т.д.

Материал довольно мягкий и его не просто установить в посадочное место чтобы при установке тяжелых деталей не срезать внезапно "раскрывшееся" кольцо, что часто становится косяком, когда коробку пытаются перебирать непрофессионалы.

Vespel (чёрного или тёмно-серого цвета) - современный материал, износостойкий на столько, что кольца из него иногда устанавливают неподвижно для удешевления материала вала (чугун, алюминий) чтобы они его не сгрызли, а рабочую поверхность вращающейся детали упрочняют закалкой. Неподвижные встречаются только на коробках GM Типа 6L90 и 4Т60/65, при чём на некоторых модификациях под кольца устанавливаются резинки, разжимающие кольца для плотного прилегания. Материал очень хрупкий и его легко сломать.

Однако ж, подвижную конструкцию таких колец делают чаще всего, ибо в современных АКПП располагаются они между закалёнными стальными деталями.

Torlon - ооочень лёгкий, прочный (и при этом достаточно гибкий) и износостойкий пластик цвета (обычно тёмно-желтого), способный работать при температурах до 290 градусов. В своё время прославился тем, что из него сделали двигатель, на 70% состоящий из этого пластика. Кому интересно, может загуглить по словам "Торлоновый двигатель". Всё, что на рисунках этого двигателя закрашено желтым цветом - сделано было из Торлона.

Минус этого пластика в том, что его ооочень сложно обрабатывать, а точность деталей достигается за счет проектирования формы для заливки с учётом всех допусков и с учётом его усадки при остывании.

Торлон используется в современных коробках, в основном у Мерседеса. Как-то именно они его очень любят. На фото слева кольцо со сложным лабиринтным замком - как раз мерседесовский вариант.

Так же, в гидроблоках некоторых АКПП используются торлоновые шарики. При чём, это выбор чаще всего производителя ремкомплектов для АКПП - вы просто выкидываете стальные или пластиковые заводские шарики и ставите торлоновые, вечные, которые поставляются в ремкомплекте.

Подшипники скольжения, они же - "втулки скольжения".

Это набор для АКПП 4L60/E, который наглядно показывает все виды используемых антифрикционных слоёв. Всегда это биметаллические втулки со стальной основой. В данном комплекте используются три вида втулок - это сталь-алюминий, сталь-бронза и сталь-бронза-тефлон (чёрное покрытие на одной из втулок), так как данная втулка самая нагруженная.

Самым износостойким материалом является тефлоновое покрытие и, в частности, для американских АКПП продольного исполнения, использующихся в автоспорте, весь комплект втулок отдельными специализированными фирмами изготавливается с тефлоновым покрытием. Как пример - комплект втулок для той же 4L60E:

Стоит он раза в 2 раза дороже, а с учётом доставки в РФ - раза в 4, но об этом плотнее будет отдельный пост об усилении и тюнинге АКПП.

В следующей части на красивых картинках (таких, как самая первая в посте) покажу как работает механическая часть 4-ступенчатой коробки 4L60/E для полного закрепления материала (как сдача Контрольной Работы вашего мозга) и перейдём к общей информации про гидравлическое управление.

Спасибо за внимание.

Предыдущие части:
1 часть: АКПП - тёмный лес. Что такое классический гидромеханический "автомат"
2 часть: АКПП - тёмный лес. Что такое классический гидромеханический "автомат". Часть 2 - Гидротрансформатор
3 часть: АКПП - тёмный лес. Часть - 3: блокировка гидротрансформатора; режимы  рычага селектора "P-R-N-D-3-2-L" и как с ними жить
4 часть: АКПП - тёмный лес. Часть - 4: устройство механической части АКПП

Как я уже писал во второй части о гидротрансформаторе, работает он в четырех режимах, два из которых я уже описал.

Занимательная история.
Когда-то в мире было много бензина и стоил он чуть менее, чем нихрена. Тогда, в 60-70-х годах производители хотели дать людям мощные и дешевые карбюраторные двигатели, поэтому увеличивали не столько их мощность, сколько момент просто за счет увеличения числа цилиндров и их объёма.

Для достаточного разгона и достижения максимальной скорости тех автомобилей (без электронных систем стабилизации и новомодных ABS) до 150-170 км/ч достаточно было 3-ступенчатого "автомата" и расход 40-50 л/100км был нормой.

Однако, в 70-ых с ценами на бензин произошёл "биг барабум" и ради экономии топлива объём двигателей вынуждены были уменьшать, так как народ начал пересаживаться на более экономичные и быстрые европейские и японские авто.

Режимы Drive и Overdrive (вы меня часто справшиваете)
На примере коробки GM 4L80E расскажу  что творилось в истории АКПП, когда всё заверте...
Но, для начала, "4L80E" обозначает:
"4" - количество передач для движения вперёд
"L" - от "Longitudinal" ("продольно") - конструкция коробки для продольно расположенного двигателя
"80" - обозначение максимального выходного момента с АКПП на карданный вал в виде 800 фунтов на фут (1085 Нм)
"E" - электронное управление АКПП с отдельного ЭБУ (если АКПП не управлялась электроникой, то буква не ставилась).
На коробках для поперечно расположенного двигателя вместо буквы "L" используется "T" - от "Transversely" ("поперечно").

Теперь вы легко определите что значит 5L40E, 4L60, 4T65E, 6L80E, 10L90E*, 6T45E, 3L80 и т.д.
* - да, 10L90 - современный десятиступенчатый "автомат" для тяжелых пикапов и спорткаров.

Чтобы конкурировать с Европой и Японией американцы решили вкупе с уменьшением объёма цилиндров, увеличивать количество передач для компенсации упавшего момента двигателей (из-за уменьшения объема цилиндров) увеличением числа передач.
Поначалу в корпус старой 3-ступки просто установили отдельную 4-ю передачу, которая доводила максимальную скорость до 200-250 км/ч.
На примере старой 3-ступки GM 3L80 (она же для владельцев "старой америки"  - "TH400") передаточные числа были:
1-я - 2.48
2-я - 1.48
3-я - 1.00 (прямая передача)
И всё.

При том, в заднем мосту использовалось малое передаточное число чтобы автомобиль типа "баржа" ехал хотя бы до 150-170 км/ч. В этом случае рычаг АКПП стоял в положении "D" - режим "Drive". Ну, как и у всех сегодня.
Помимо "D" рычаг селектора обычно имел еще два положения для движения вперед - это "2" и "1". О них - ниже.

После установки в один корпус с 3-мя передачами отдельной 4-ой, стало так:

1-я - 2.48
2-я - 1.48

3-я - 1.00 (прямая передача)

4-я - 0.75 (дофига повышенная передача)

4-ступенчатая 4L80E - реинкарнация 3-ступенчатой 3L80 (TH400).
Сверху, в корпусе, мы видим два тёмно-серых цилиндрических датчика оборотов. Если посмотреть на датчик слева, то обратите внимание что всё, что левее его внутри коробки (вал красноватого цвета, голубая деталь и два набора дисков сцеплений) - это детали 4-ой передачи. Всё, что правее датчика, начиная от детали оранжевого цвета и правее - это старая 3-ступенчатая коробка, практически без изменений конструкции.

Режимы "Drive" и "OverDrive" у 4-ступенчатых АКПП до середины 90-х годов.

Передаточное число моста понизили и 4-я передача включалась примерно на 90-100 км/ч*. Однако дальнейший разгон на последующие +100-120 км/ч осуществлялся только на ней за счёт повышения оборотов двигателя, что повышало нагрузку на двигатель и повышало расход топлива вкупе с влиянием всё более увеличивающегося лобового сопротивления.
* - по просьбам особо стойких читателей замечу, что 4-я может включаться в зависимости от положения педали газа (степени разгона авто) от ~40 до ~120 км/ч. Я буду использовать усреднёную скорость в 80-100 км/ч, когда 4-я включается при разгоне на 2/3 газа.

Поэтому, чтобы при городском движении коробка лишний раз не переключалась на 4-ю, на рычаге селектора АКПП сделали два вида обозначений "Drive" - это "D" и "OD" (часто обозначается как "D" в кружочке "O").

В режиме "D" АКПП использовала только 3 передачи и это рекомендуется для движения в городском режиме по сей день. Да-да. Помимо этого, в "D" определенным образом внутри коробки подключается дополнительный механизм для улучшения торможения двигателем на 3-ей передаче.

Переводить рычаг в ежим "Overdrive" рекомендуется при выезде на скоростные трассы, где предполагалось движение выше 100 км/ч.
В целом, на рычаге стало больше режимов: от "P-R-N-D-2-1" - к "P-R-N-[OD]-D-2-1":
"OD" - все 4 передачи, магистральный режим
"D" - не выше 3-ей, городской режим
"2" - не выше 2-ой
"1" или "L" - только 1-я передача, силовая.

После середины 90-ых производители перестали помечать Овердрайв как "OD" и стало "P-R-N-D-3-2-1"

Что касается режимов "2" и "1" ("L"), то последний является "силовым", когда при движении только на 1-ой передаче внутри коробки подключается дополнительный усиливающий механизм для 1-ой передачи. Поэтому некоторые вместо "1" пишут "L" ("Low" - пониженная). В этом случае так же обеспечивается мощное торможение двигателем при отпуске "газа" - вы можете сдвинуть с места очень тяжелый прицеп или начать буксировать другой автомобиль, например в гору, когда коробка работает в более тяжелых условиях.

Перевод рычага в режим "2" нужен для тех же условий, что при использовании "1": когда вы во время "тяжёлой буксировки" разогнались посильнее, раскрутили двигатель получше, то на мгновение отпускаем "газ", переводим в "2" и быстро и плавно нажимаем газ. Если надо разогнаться быстрее, то опять докручиваем двигатель посильнее, отпускаем газ, переводим в "3" и так далее. Это щадящий режим. Если сцепление колес отличное, и вам очень надо, то "газ" можно не отпускать.

То же самое касается современных авто с режимами "P-R-N-D(+/-)" c "Типтроником (+/-)", когда вы можете перевести рычаг селектора в режиме "D" на "+/-" и перебирать передачи, двигая его к "+" или "-". При буксировке чего-то тяжелого, действия те же, только переключаем передачи вверх или вниз.

На автомобилях (часто это премиум-класс) без Типтроника, когда в вашем распоряжении только "P-R-N-D" необходимо использовать "газ" только на половину или в зависимости от условий.

При буксировке автомобиля или прицепа той же массы что и ваш, для соблюдения требований ПДД при буксировке, достаточно при старте с места поставить рычаг селектора в режим "3", а на Типтронике - просто ехать в "D".

Так же рекомендуется использовать переключение на пониженные передачи вручную для торможения двигателем на крутых затяжных спусках во избежание перегрева тормозов.

Извечный вопрос "Можно ли в движении на высоких скоростях переводить рычаг между различными режимами переднего хода?", если у вас "P-R-N-D-3-2-1". Ответ - да, можно, но только при определенных условиях:
- скорость не должна превышать 80 км/ч
- задний привод или полный с отключаемым передним мостом (фактически это задний привод). На скользких покрытиях передний мост должен быть отключён.

И, конечно, необходимо включать голову, потому что если на 80 км/ч вы переключитесь в "2" или "1" - вы просто улетите с дороги, потому что торможение двигателем будет таким, что это почти будет блокировка колёс и машина станет неуправляемой.

При постоянном полном приводе или только переднем, в условиях скользкой дороги - нельзя! Чревато заносом автомобиля! На сухой поверхности вам это не потребуется кроме езды в городе в режиме "3".

Переводить в "R" или "P" - нельзя, порвёте коробку. А кто из блогеров пробовал и не порвал - как минимум уже начал. ;)

"N" - режим для буксировки вашего автомобиля исключительно с заведённым двигателем для обеспечения работы гидроусилителя руля и прокачки коробки давлением масла во избежание перегрева коробки трением внутренних деталей при буксировке. Буксировка авто с АКПП, с незаведенным двигателем допускается на расстояние не более 1 км.

Причина буксировки с обязательно заведенным двигателем в том, что при вращении ведущих колёс, внутри коробки вращается половина деталей, которые должны смазываться и охлаждаться в обзательном порядке (подшипники скольжения, фрикционные диски). Если на них насос не подаёт смазку, они без разогреваются и начинают сильно изнашиваться.
Так что - либо эвакуатор, либо соблюдайте правила буксировки по формуле:

Буксировка производится по формуле 50х50 - на 50 километров со скоростью не более 50 км/ч. И дальше: 60х40 - на 60 километров буксировка производится не более скорости 40 км/ч. 70х30 - на 70 километров буксировка производится на скорости не более 30 км/ч.

Это если говорить о безостановочном движении и заведённом двигателе.

По истечении келометража надо остановиться и дать коробке буксеруемого авто остыть минуты 3-5, удерживая обороты двигателя примерно на 1500-2000 (или делать это водителю буксируемого авто во время движения).
И можно ехать дальше.

Извечный вопрос "Можно ли выехать на АКПП из грязи "раскачкой"?", а так же "Можно ли буксовать на АКПП?". Ответ - да, можно, но при выполнении определенных условий:
- при раскачке орудовать рычагом АКПП необходимо исключительно между положениями "R" и "1" (он же "L") в случае с "P-R-N-D-3-2-1". При "P-R-N-D(+/-)" надо при переводе из "R" в "D" быстро воткнуть рычаг в "+/-".
- при переводе из R в D и обратно, необходимо обязательно отпускать газ и не нажимать его минимум одну секунду, пока передача не включится.
- в случае с "P-R-N-D" - работать "газом" не более 30% хода педали
- после 2-3 минут усиленного буксования дать коробке остыть, переведя рычаг в "P" и довести обороты двигателя до 1000-2000 в минуту и так держать минуты 3-5.

Главная задача - не позволять коробке переключать передачи при буксовании колёс, что чревато её общим быстрым перегревом.

Возвращаемся к нашим "бубликам". 3-й режим работы гидротрансформатора - "блокировка"
В 4-ступенчатых АКПП для дальнейшего разгона на 4-ой передаче до максимальной скорости и для уменьшения жора топлива, внутрь гидротрансформатора установили диск сцепления. Его задача намертво заблокировать работу гидротрансформатора, жестко "сцепив" обе крыльчатки друг с другом. Поэтому, так как работа масла между крыльчатками больше не эксплуатируется для разгона автомобиля, а момент с двигателя передаётся тупо по железкам, это называется "блокировка работы гидротрансформатора" или "блокировка гидротрансформатора".

Как видно на картинке, зелененьким покрашен именно механизм фрикционных дисков (показано линией) и поршень с уплотнением (зеленая деталь, крайняя-левая).

Раньше блокировка включалась как "виртуальная пятая" передача. На современных коробках она включается полностью примерно на верхних трёх передачах.

Рисунок слева. Собстна, в работе блокировки гидротрансформатора (далее - "ГТ") всё просто. При работе его с отжатым диском блокировки, масло в нём греется. Чтобы подавать внутрь охлаждённое масло и сливать разогретое, существует как минимум два канала - это подача охлажденного через вал коробки (поток "IN") и слив горячего масла (поток "OUT") в радиатор охлаждения.

Поток охлаждающего масла подаётся через вал коробки под поршень с фрикционной накладкой (жестко закреплён на крыльчатке турбины), проходя между стенкой гидротрансформатора и поршнем блокировки, отжимая её. Далее масло заходит в общий объём, нагревается и сливается через центральную часть ГТ. Поток движения масла из вала коробки и под поршнем блокировки показан стрелками.

Рисунок справа. Для прижатия диска блокировки направление потоков меняется: в сливной канал подаётся давление, а давление в нагнетающем канале через вал падает. В этом случае масло перестаёт отжимать диск блокировки с одной стороны и нажимает на него с другой. Диск "прилипает" к корпусу ГТ (с насосной крыльчаткой).

После взаимного торможения крыльчаток друг с другом, разница в оборотах корпуса ГТ и турбины сравнивается. В этом случае, так как ГТ перестаёт выполнять свою функцию, масло перестаёт греться и его охлаждение больше не требуется.
Работа гидротрансформатора заблокирована.

Особо прошаренные из вас уже успели понять, что всё это дело управляется всего одним плунжером внутри гидроблока и одним соленоидом.

4-й режим работы гидротрансформатора - "частичная блокировка"

С 1995 года GM ввели в работу коробки 4L60E новую систему PWM (Pulse With Modulating - модулирование с пульсацией), что заставило диск блокировки при помощи пульсации давления в системе блокировки с разной частотой, работать с проскальзыванием.

И чем сильнее нажат газ - тем выше частота пульсации, и тем сильнее прижимался диск блокировки, работая в буксующем режиме.

На 100% блокировка подключается во время разгона на 4-ой передаче, как было описано про 3-ий режим.

У современных многоступенчатых коробок режим частичной блокировки включается часто уже со 2-ой передачи, а на верхних передачах блокируется полностью.

Поэтому современные гидротрансформаторы работают в более высоких температурных режимах и при ремонте особенно требуют их восстановления.

Ну, в этот раз с бубликами мы разобрались полностью и со следующей части будет немного инфы о ваших любимых "мокрых сцеплениях" и далее переходим на саму коробку.

P.S: Никаких копипаст здесь нет и никогда не будет. Вся инфа взята чаще всего от зарубежных экспертов по устройству АКПП, с чем отечественные блогеры не знакомы и часто несут полную хрень.

Часть - 0, (введение и общий принцип работы "гидравлического сцепления"): АКПП - тёмный лес. Что такое классический гидромеханический "автомат"
Часть - 1 (устройство и работы гидромуфты и гидротрансформатора): АКПП - тёмный лес. Что такое классический гидромеханический "автомат". Часть 2 - Гидротрансформатор