Общие сведения. Силовой диапазон современных гидротрансформаторов с КПД не ниже 80% составляет 1.6...2, что явно недостаточно и вызывает необходимость применения дополнительно механических коробок передач с числом ступеней 3...10.
Классификация коробок передач гидромеханических трансмиссий проводится: по типу редукторной части (вальная, планетарная или комбинированная); по числу степеней свободы (с двумя или тремя степенями свободы); по числу потоков, передающих мощность через ГМП (однопоточная, двухпоточная или многопоточная).
Широко применяются, особенно на грузовых автомобилях, ГМП с последовательным соединением отдельных узлов: блокируемого гидротрансформатора, сцепления и обычной коробки передач. Такого типа ГМП получили название ГСК (по первым буквам названий узлов, входящих в ее состав).
В ГМП легковых автомобилей применяются исключительно планетарные коробки передач, а в грузовых автомобилях наряду с планетарными широко представлены и вальные передачи.
В планетарных коробках передача мощности осуществляется одновременно несколькими потоками в соответствии с числом сателлитов, что способствует снижению нагруженности зубчатых колес и уменьшению размеров и материалоемкости передачи. Отсутствие радиальных нагрузок упрощает конструкцию опор центральных валов, а размещение зубчатых механизмов внутри фрикционных устройств обеспечивает компактность и малый продольный размер передачи. Использование указанных преимуществ планетарных передач позволило в наиболее совершенных конструкциях снизить удельную массу ГМП почти в два раза по сравнению с вальными.
Такие недостатки планетарных коробок передачи, как повышенные сложность и стоимость изготовления зубчатых механизмов, соосное расположение входного и выходного валов, увеличенный продольный размер при большом числе передач (более четырех), привели к необходимости разработки вальных коробок передач, применяемых на грузовых автомобилях и автобусах.
Кинематические схемы коробок передач. Бальные коробки передач выполняются с соосным и несоосным расположением входного и выходного валов. Так как многодисковые муфты имеют большой осевой размер, выполнение соосной вальной коробки по классической схеме, применяемой в коробках передач механических трансмиссий, даже при небольшом числе передач приводит к увеличению продольного размера передачи, снижению жесткости валов и усложнению технологии выполнения каналов управления фрикционными муфтами. Отмеченные недостатки объясняют стремление размещать на одном валу не более двух муфт.
Наибольшую технологическую преемственность с соосными коробками передач механических трансмиссий имеет передача, схема которой показана на рис. 4.4, а, (число передач 2+1). Обе фрикционные муфты размещены в общем корпусе на входном валу. Такое расположение позволяет использовать муфты минимальных размеров, так как передаваемый ими крутящий момент в этом случае является наименьшим. Зубчатая муфта при движении вперед постоянно находится в левом положении. На понижающей передаче включена муфта на высшей (прямой). Для включения передачи заднего хода необходимо переключить зубчатую муфту в правое положение и включить фрикционную муфту. Таким образом, коробка передач имеет различное число степеней свободы: на понижающей передаче и передаче заднего хода — две; на прямой — одну.
Увеличение числа ступеней в соосных вальных коробках передач достигается применением нескольких промежуточных валов с расположением на них не более двух фрикционных муфт. Использование этого принципа в новой ГМП для городских автобусов позволило увеличить число передач до четырех (3+1). Эта передача может применяться как в соосном, так и несоосном вариантах. При трех промежуточных валах можно получить число передач 5+1. Обе рассмотренные схемы, обладающие двумя степенями свободы, имеют общий недостаток — отсутствие прямой передачи.
Несоосные вальные коробки передач также могут выполняться с двумя степенями свободы. На рис. 4.4, г показана схема 3-ступенчатой передачи, устанавливаемой на автомобилях-самосвалах особо большой грузоподъемности. Она отличается простотой, однако не позволяет получать большое передаточное число низшей передачи и передачи заднего хода, так как передаточное число пары зубчатых колес по условиям прочности не должно быть больше трех. При числе передач более четырех несоосные вальные коробки передач выполняются, как правило, с тремя степенями свободы. В этом случае передача в принципе представляет сочетание двух последовательно соединенных несоосных коробок передач с двумя степенями свободы, выполненных в общем картере. В таких передачах выходной вал первой условной коробки является входным валом второй условной коробки. Общее возможное число передач при этом равно произведению чисел передач в обеих условных коробках передач, а число фрикционных муфт — сумме этих чисел, в то время как для схем с двумя степенями свободы число передач равно числу муфт. Этим объясняется уменьшение числа элементов управления в передачах с тремя степенями свободы по сравнению с передачами, имеющими две степени свободы при одинаковом числе передач. К примеру, коробка передач с тремя степенями свободы и числом передач 6+2 может быть получена в двух вариантах.
Редуктор планетарной коробки передач представляет собой сочетание нескольких простых трехзвенных зубчатых дифференциальных механизмов. В планетарных ГМП наиболее часто применяются механизмы типов А и D, значительно реже — механизмы типов В, С и Е.
Так же как и вальные, планетарные коробки передач выполняются по схемам с двумя и тремя степенями свободы. В передачах с двумя степенями свободы применяется одна фрикционная муфта, блокирующая звенья всех планетарных механизмов, что обеспечивает прямую передачу. Остальные фрикционные устройства являются тормозными и выполняются в виде многодисковых муфт с неподвижным корпусом или в виде ленточных тормозов, применяемых в основном в ГМП легковых автомобилей.
В коробке передач легкового автомобиля применены два однорядных дифференциальных механизма типа А. Понижающая передача, и передача заднего хода включаются соответственно с помощью ленточных тормозов.
Высшая (прямая) передача достигается включением муфты. Таким образом, число передач составляет 2+1. В этой передаче также применяются механизмы типа А и ленточные тормоза. Схема коробки передач, предназначенной для автомобилей высокой проходимости, служит примером применения двухрядного дифференциального механизма типа D, который широко используется также и в ГМП легковых автомобилей (число передач 3+1).
Большинство современных планетарных ГМП легковых и грузовых автомобилей выполняется по схемам с тремя степенями свободы. Широкое распространение получили коробки передач с двумя фрикционными муфтами на входе, что позволяет подводить мощность двигателя к различным звеньям дифференциального механизма.
В результате увеличивается число вариантов использования одного и того же планетарного механизма и, следовательно, число передач. При этом на каждой понижающей передаче включается тормоз и одна из муфт. Прямая передача достигается одновременным включением обеих фрикционных муфт.
Сравнение схем 5-ступенчатых коробок передач с аналогичной по числу передач схемой показывает, что при одинаковом числе фрикционных устройств схема с тремя степенями свободы имеет на один дифференциальный механизм меньше. По схеме с тремя степенями свободы и с применением дифференциальных механизмов типа D выполнены коробки передач легковых автомобилей.
Другой вариант построения принципиальной схемы планетарной коробки передач с тремя степенями свободы представляет собой последовательное соединение двух условных коробок, каждая из которых имеет по две степени свободы. В этих схемах выходной вал первой условной коробки является входным для второй на всех передачах. Особенностью схемы является то, что первая и вторая условные коробки передач соединены не одним валом, а двумя, один из которых выполнен пустотелым.
Двухпоточная ГМП предназначена для городских автобусов. Дифференциальный механизм, установленный перед гидротрансформатором, используется для разделения мощности двигателя на два потока. Суммирование потоков осуществляется на входном валу коробки передач, с которым турбина гидротрансформатора соединяется с помощью муфты свободного хода. При включении тормоза ГМП превращается в чисто механическую передачу.
В двухпоточной передаче для разделения потока мощности применяется однорядный дифференциал, установленный перед гидротрансформатором. Использование в ГМП гидротрансформатора обратного хода позволяет получить направление вращения турбины, совпадающее с направлением входного и выходного валов передачи.
