Фрикционные элементы АКПП

Примечание: информация является универсальной и применима для всех типов АКПП независимо от производителя.

Содержание:
1. Ленточные фрикционные элементы
2. Дисковые фрикционные элементы
3. Устройство дискового тормоза
4. Устройство дисковой фрикционной муфты
5. Одноходовые муфты

Как уже говорилось в предыдущей главе, для получения различных передаточных чисел требуется изменять остановленные, ведущие или ведомые элементы планетарного ряда. Фрикционные элементы АКПП либо останавливают какой-то из элементов планетарного ряда либо подключают какой-то из элементов планетарного ряда к входному или выходному валу АКПП.

Фрикционный элемент, который останавливает элемент планетарного ряда относительно корпуса АКПП, называется тормозом (в англ. аббревиатуре Brake).

Фрикционный элемент, который подключает элемент планетарного ряда к входному или выходному валам АКПП, называется муфтой (в англ. аббревиатуре Clutch).

В качестве фрикционных элементов АКПП используются ленточные и дисковые фрикционы. Одноходовые муфты также выполняют роль фрикционных элементов как в качестве тормозов, так и в качестве муфт в зависимости от конкретной модели АКПП.

4.1. ЛЕНТОЧНЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Ленточные фрикционные элементы применяются в АКПП в качестве тормозов. Устройство ленточного тормоза показано на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Устройство ленточного тормоза.

Ленточный тормоз состоит из барабана 1, фрикционной ленты 2 и элементов привода 3. Схема работы ленточного тормоза показана на рис. 4.2.

При выключенном состоянии тормоза между лентой и барабаном имеется зазор, который позволяет барабану свободно вращаться относительно ленты и корпуса АКПП. При срабатывании элементов привода лента затягивается вокруг барабана и останавливает барабан.

Рис. 4.2. Схема работы ленточного тормоза.

Величина развиваемого тормозного момента зависит от диаметра барабана, материалов пары трения барабан - лента, величины усилия, развиваемого приводом, направления вращения барабана и расположения привода. Лента тормоза представляет собой стальную основу, к которой приварены кронштейны для зацепления с упором и штоком привода. На внутреннюю поверхность ленты приклеивается фрикционная накладка, которая позволяет увеличить коэффициент трения.

К материалу фрикционной накладки предъявляются следующие требования:

1. Материал должен обладать высоким коэффициентом трения;

2. Материал должен обладать стойкостью к высокой температуре и истиранию;

3. Материал должен обеспечивать хороший теплоотвод от поверхностей трения;

4. Материал должен обеспечивать плавное включение фрикционного элемента.

В качестве материалов, удовлетворяющих перечисленным требованиям, используется металлокерамика, бумага, графитизированные пластмассы и т.д.

Металлокерамические фрикционные накладки изготавливаются из металлических порошков и специальных связующих материалов методом прессования под давлением от 100 до 600 МПа и последующим спеканием. Толщина фрикционного слоя колеблется от 0,5 до 3,0мм. В состав металлокерамики входят медь, железо, цинк, олово, свинец, графит и прочие элементы. Металлокерамические фрикционы позволяют работать с высокими удельными давлениями и, соответственно, передавать высокие крутящие моменты.

Фрикционы из графитизированных пластмасс производятся из графитного порошка в смеси с эпоксидными и фенольными смолами. Они обладают пористой структурой, обеспечивающей высокую плавность включения фрикциона, но невысоким коэффициентом трения, по сравнению с бумажными фрикционами.

В АКПП легковых автомобилей широкое распространение получили бумажные фрикционные элементы. Бумажные фрикционы производятся из целлюлозного и асбестового волокна в смеси с фенольными смолами. Полученный материал обладает пористой структурой, что способствует обеспечению плавности включения фрикциона и высокую износостойкость.

При работе АКПП бумажный фрикцион впитывает масло, поэтому при сдавливании фрикциона в момент включения, масло выдавливается из пор на поверхность трения, способствуя плавному включению и снижению износа. Для улучшения теплоотвода и смазки поверхностей трения на фрикционной накладке изготавливаются специальные канавки, как показано на рис.4.3.

Рис. 4.3. Пример конструкции ленточного тормоза.

Ленточный фрикцион имеет существенный недостаток. Для увеличения тормозного момента, создаваемого ленточным тормозом, требуется увеличивать ширину фрикционной накладки. Однако с увеличением ширины накладки существенно увеличиваются габаритные размеры, ухудшаются условия смазки фрикциона и прилегание фрикциона к рабочей поверхности барабана. Как и любая деталь, барабан имеет отклонения формы рабочей поверхности от идеальной, например, конусность или риски. Таким образом, широкая лента не позволяет прижать всю поверхность фрикциона к поверхности трения барабана.

Для устранения этого недостатка используются двойные ленточные фрикционы. Конструкция ленточного тормоза с двойной лентой показана на рис. 4.4.

Рис.4.4. Конструкция ленточного тормоза с двойной лентой.

Для включения ленточного тормоза используются гидроцилиндр с возвратной пружиной.

Существуют различные конструкции привода в зависимости от конкретной модели АКПП

поэтому мы рассмотрим лишь некоторые из них.

На рис. 4.5. показана самая простая конструкция привода включения ленточного тормоза с

возвратной пружиной.

Рис. 4.5. ПРИМЕР КОНСТРУКЦИИ ПРИВОДА ЛЕНТОЧНОГО ТОРМОЗА С ВОЗВРАТНОЙ ПРУЖИНОЙ.

Лента крепится одним кронштейном к регулировочному упору, а вторым к штоку привода. При подаче давления масла между поршнем и крышкой, поршень вместе со штоком перемещается влево, прижимая тормозную ленту к барабану. Для выключения ленточного тормоза давление масла сбрасывается и поршень возвращается в исходное положение при помощи возвратной пружины.

По мере износа фрикционных накладок ленты зазор между барабаном и лентой увеличивается, поэтому на старых моделях АКПП требовалась регулировка зазора в процессе эксплуатации. В качестве регулировочного элемента в данной конструкции используется регулировочный упор. В современных АКПП регулировка зазора в процессе эксплуатации не требуется. Эту задачу выполняет электронный блок управления АКПП, который по мере износа фрикционов меняет программу управления включения и выключения фрикционных элементов.

Для выключения ленточного тормоза в конструкциях некоторых АКПП, например в АКПП серии AISIN 30-40LE автомобиля HYUNDAI H-1, применяется дополнительный подпор давления, который совместно с пружиной предотвращает трение ленты о поверхность барабана, когда тормоз выключен. Конструкция такого привода показана на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Пример конструкции привода ленточного тормоза с возвратной пружиной и гидравлическим подпором для выключения тормоза.

В АКПП серии A4AF3 и A4BF2, которые применяются на автомобилях Getz и Matrix, для выключения ленточного тормоза используется дополнительный гидравлический сервопривод. Конструкция привода ленточного тормоза АКПП серий A4AF3 и A4BF2 представлена на рис. 4.7.

Для включения тормоза давление масла подаётся в камеру включения, в результате чего шток с поршнем перемещается влево и барабан останавливается. Давление в камере выключения при этом отсутствует.

Для выключения тормоза давление масла подаётся в камеру выключения тормоза, при этом давление в камере включения не сбрасывается. Поскольку площадь поршня со стороны камеры выключения больше площади поршня со стороны камеры включения, шток с поршнем перемещается вправо и тормоз выключается. Такое решение упрощает управление процессом переключения со 2-ой передачи на 3-ю передачу.

Для отключения ленточного тормоза при переключении со 2-ой передачи на 1-ю передачу используется возвратная пружина, при этом сбрасывается давление масла как из камеры включения тормоза, так и из камеры выключения тормоза.

Рис. 4.7. Пример конструкции привода ленточного тормоза с с сервоприводом выключения тормоза.

4.2. ДИСКОВЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

В АКПП наибольшее распространение получили дисковые фрикционные элементы. По сравнению с ленточными фрикционами они обладают рядом преимуществ:

- имеют меньшие габаритные размеры при передаче одного и того же крутящего момента;

- позволяют сравнительно просто увеличить передаваемый крутящий момент путём увеличения числа фрикционных дисков при минимальных изменениях габаритных размеров;

- способны передавать одинаковый крутящий момент независимо от направления фрикциона;

- не нагружают валы и их опорные подшипники радиальными силами при передаче крутящего момента.

Дисковые фрикционные элементы используются как в качестве тормозов, так и в качестве муфт. Дисковые тормоза представляют собой чередование фрикционных и стальных пластин, которые связаны с элементами планетарного ряда и корпусом АКПП соответственно. Дисковые муфты имеют аналогичную конструкцию - стальные элементы, как правило, связаны с ведущими деталями муфты, а фрикционные элементы связаны с ведомыми деталями муфт. Внешний вид дисковых фрикционных элементов показан на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Внешний вид многодискового фрикциона.

Рабочие поверхности фрикционных дисков имеют специальные каналы, которые обеспечивают подвод масла к поверхностям трения, для смазки, удаления продуктов износа и охлаждения фрикционов.

Работа фрикционных элементов носит циклический характер. Интенсивный нагрев и износ фрикционных накладок происходит в момент включения и выключения фрикциона. Когда фрикцион полностью выключен, т.е. не передаёт крутящий момент, между стальными дисками и фрикционными накладками создаётся масляная плёнка, снижающая трение. Когда фрикцион полностью включен, проскальзывания между фрикционными и стальными пластинами нет, соответственно нет износа и нагрева. Если фрикцион включается и выключается слишком часто, происходит интенсивное повышение температуры фрикциона (например, при «раскачке» застрявшего автомобиля). В этом случае времени для охлаждения фрикциона в периоды выключенного и включенного состояний может оказаться недостаточно для отвода тепла от трущихся поверхностей, причём процесс носит лавинообразный характер и в конечном итоге приводит к перегреву фрикционных и стальных дисков, сопровождающегося короблением дисков и выходом фрикциона из строя. Иногда фрикцион нагревается до таких высоких температур, что диски свариваются друг с другом. Поэтому подача масла к трущимся поверхностям должна быть достаточной не только для восстановления масляной плёнки, но и для охлаждения фрикциона за период выключенного состояния.

На рис. 4.9. представлены различные виды смазочных каналов дисковых фрикционных элементов.

Рис. 4.9. Варианты смазочных каналов дисковых фрикционных элементов.

Диски с радиальными (А) и наклонными (В) канавками способствуют образованию масляного клина, снижающего коэффициент трения, но при этом обеспечивается хорошее охлаждение и снижение износа фрикционных элементов за счёт интенсивного подвода масла к трущимся поверхностям. Такая система каналов применяется в том случае, если фрикцион длительный период времени работает в условиях пробуксовки дисков.

Диски со спиральными каналами (Б) позволяют повысить коэффициент трения, но охлаждение фрикционов ухудшается. Соответственно, диски с такими каналами применяются во фрикционах, которые редко работают в условиях буксования.

Диски со спиральными и несквозными радиальными каналами (Г) применяются для тяжело нагруженных фрикционов, т.к. они обладают достаточно высоким коэффициентом трения и приемлемой интенсивностью охлаждения.

Фрикционные элементы могут наклеиваться как с одной, так и с двух сторон диска. Например, односторонние фрикционы применяются в АКПП серии A5HF1.

Рис. 4.10. Односторонние (А) и двухсторонние (Б) фрикционы.

На современных моделях АКПП, например A6LF / A6MF, применяются волновые дисковые фрикционы. Это позволяет снизить потери на трение, когда фрикцион не работает и, как следствие, снизить расход топлива и повысить ресурс работы. Кроме того, использование волновых фрикционов улучшает качество переключения передач. Волновые фрикционы имеют малую глубину волн в поперечном сечении, всего около 0,5 - 0,8 мм. Поэтому на рис. 4.11 показано схематичное изображение поперечного сечения волнового фрикциона.

Рис. 4.11. Поперечное сечение волнового фрикциона.

4.3. Устройство дискового тормоза

Разберёмся с устройством дискового тормоза, схема работы которого показана на рис. 4.14.

Рис. 4.14. Схема работы выключенного дискового тормоза (А) и включенного дискового тормоза (Б).

В корпусе АКПП выполняется расточка, которая является гидроцилиндром дискового тормоза. В гидроцилиндр устанавливается поршень кольцевого сечения с двумя уплотнительными кольцами, как показано на рис. 4.14. Своим правым торцом поршень контактирует с многодисковым фрикционом и возвратной пружиной. Фрикционы удерживаются в корпусе АКПП при помощи стопорного кольца. Стальные пластины наружными шипами входят в зацепление с пазами корпуса АКПП, а фрикционные диски своими внутренними шипами входя в зацепление с пазами элемента планетарного ряда.

Когда тормоз выключен, масло сливается из гидроцилиндра в картер АКПП и возвратная пружина перемещает поршень до упора влево. Таким образом, фрикционные диски могут свободно вращаться вместе с элементом планетарного ряда относительно неподвижных стальных дисков.

Для включения тормоза масло подаётся по каналу подвода масла в гидроцилиндр и поршень начинает движение вправо. По мере нарастания давления поршень сжимает фрикцион, который упирается в стопорное кольцо, и фрикционные диски становятся неподвижными. Вместе с фрикционными дисками останавливается и элемент планетарного ряда.

Как следует из описания, поршень тормоза совершает исключительно линейные перемещения, что упрощает конструкцию гидропривода.

Необходимо отметить, что в зависимости от конструкции АКПП в качестве пружин могут применяться тарельчатые, волновые, диафрагменные, цилиндрические и другие виды пружин. Принцип работы тормоза при этом не меняется.

4.4. Устройство дисковой фрикционной муфты

Как уже говорилось в начале главы, муфта это фрикционный элемент, который подключает к входному или выходному валам АКПП элемент планетарного ряда. Отсюда следует важное отличие муфты от тормоза - поршень муфты совершает не только линейные перемещения для включения и выключения фрикциона муфты, но и совершает вращательное движение вместе с корпусом муфты.

На рис. 4.15 показано устройство дисковой фрикционной муфты с балансировочной камерой.

Рис. 4.15. Устройство дисковой фрикционной муфты с балансировочной камерой.

1-мишень датчика скорости вращения входного вала; 2-корпус муфты; 3-поршень; 4-возвратные пружины; 5-упор возвратных пружин; 6-шлицевая ступица корпуса муфты; 7,8,9-уплотнительные кольца; 10,13,14-стопорные кольца; 11-многодисковый фрикцион; 12-ведомая ступица муфты; 15,16-упорные подшипники; А-полость балансировочной камеры; В-канал подвода масла для включения муфты; С-канал подвода масла от системы смазки.

Корпус муфты 2 приваривается к шлицевой ступице 6, которая шлицами соединяется с входным валом АКПП. От осевых перемещений относительно входного вала корпус муфты и шлицевая ступица удерживаются с одной стороны буртиком входного вала, а с другой стороны стопорным кольцом 14. Внутренняя поверхность корпуса муфты является гидроцилиндром для поршня 3, который уплотняется резиновыми уплотнительными кольцами 7 и 9. Упор возвратных пружин 5 устанавливается на шлицевую ступицу 6 и фиксируется от осевых перемещений при помощи стопорного кольца 13. Между упором возвратных пружин 5 и поршнем 3 устанавливается блок возвратных пружин 4. На наружную кромку упора возвратных пружин 5 устанавливается резиновое уплотнительное кольцо 8, таким образом, между поршнем 3 и упором возвратных пружин 5 образуется герметичная полость А, которая называется балансировочной камерой. Стальные диски фрикциона, являющиеся ведущими элементами, наружными шипами входят в зацепление с пазами корпуса муфты, а ведомые фрикционные диски внутренними шипами входят в зацепление с пазами ведомой ступицы 12. Стопорное кольцо 10 является упорным элементом, к которому прижимается фрикцион при перемещении поршня 3 влево для включения фрикциона. Ведомая ступица 12 своими шлицами соединяется с элементом планетарного ряда. В АКПП серий F4A42, A5HF1 и некоторых других моделей мишень 1 датчика скорости приваривается к корпусу муфты. По скорости вращения этой мишени блок управления АКПП вычисляет скорость вращения входного вала АКПП.

Принцип работы дисковой муфты заключается в следующем. При подаче давления в масляный канал В поршень 3 перемещается влево и, сжимая дисковый фрикцион, подключает элемент планетарного ряда к входному валу АКПП, т.е. элемент планетарного ряда начинает вращаться со скоростью вращения входного вала.

Для отключения элемента планетарного ряда от входного вала АКПП гидравлический блок управления сбрасывает давление в канале В и поршень 3, под действием возвратных пружин 4, перемещается вправо, освобождая фрикционные элементы.

На скорость перемещения поршня 3 большое влияние оказывает давление жидкости, находящейся внутри гидроцилиндра, от действия центробежных сил. Действительно, с ростом оборотов корпуса муфты, а следовательно и объёма масла, находящегося внутри гидроцилиндра, возрастают и центробежные ускорения, и, в конечном итоге, центробежные силы. Зависимость центробежного ускорения от оборотов корпуса муфты определяется по формуле:

Соответственно, центробежная сила, действующая на объём масла внутри гидроцилиндра муфты будет равна:

Увеличение давления в гидроцилиндре муфты от действия центробежных сил приводит к изменению расчётной скорости перемещения поршня, что в конечном итоге приводит к рывкам и ударам при переключении передач, и, соответственно, к повышенным динамическим нагрузкам на детали трансмиссии.

Например, если наружный диаметр гидравлического цилиндра муфты равен 150мм, внутренний диаметр равен 100мм и ход поршня составляет 2мм, то при удельном весе масла Р=0,85 г/см3 и скорости вращения муфты 6000 об/мин, давление внутри гидроцилиндра муфты от действия центробежных сил' составит 5,24 кг/см2. Соответственно, усилие, которое развивает поршень при таком давлении, составит 514,17кг.

Для компенсации действия центробежных сил в конструкции муфты, показанной на рис.4.15, применяется балансировочная камера.

Принцип работы балансировочной камеры заключается в следующем. Масло от системы смазки АКПП постоянно подводится в балансировочную камеру по каналу С. Таким образом, центробежные силы, действующие на масло в балансировочной камере постоянно стремятся переместить поршень 3 вправо независимо от того включен или выключен фрикцион муфты. С другой стороны, при наличии масла в гидроцилиндре муфты, постоянно действует центробежная сила, которая стремится переместить поршень 3 влево. Следовательно, центробежные силы балансировочной камеры и гидроцилиндра уравновешивают друг друга, что позволяет исключить влияние центробежных сил на процесс переключения передач. Применение балансировочной камеры упрощает алгоритм переключения передач, снижает динамические нагрузки на трансмиссию и гарантирует выключение фрикциона муфты при сбросе давления из гидроцилиндра . Все современные автоматические коробки передач, устанавливаемые на автомобили HYUNDAI, содержат в своём устройстве муфты с балансировочными камерами.

В старых моделях АКПП, например в АКПП серий A4AF3 и A4BF2, применялись муфты с шариковым клапаном. Устройство такой муфты представлено на рис. 4.16.

Рис. 4.16. Устройство муфты End Clutch с шариковым клапаном АКПП серий A4AF3, A4BF2.

1 - шариковый клапан; 2 - стопорное кольцо фрикциона; 3 - многодисковый фрикцион;

4 - ступица муфты, соединяющаяся с одним из элементов планетарного ряда; 5 - корпус муфты со шлицевым отверстием; 6 - блок возвратных пружин; 7, 8, 9 - уплотнительные резиновые кольца; 10 - стопорное кольцо блока возвратных пружин; А - канал подвода масла для включения муфты; 11 - поршень.

Корпус муфты 5 выполнен заодно со шлицевой ступицей, при помощи которой муфта соединяется с первичным валом АКПП. В расточку корпуса муфты установлен поршень 11. Гидроцилиндр и поршень уплотняются при помощи резиновых уплотнительных колец 7 и 8. Блок возвратных пружин 6 установлен между поршнем 11 и стопорным кольцом 10, таким образом, блок возвратных пружин перемещает поршень 11 в крайнее левое положение, освобождая фрикцион. Для включения фрикциона масло подводится по каналу А в гидроцилиндр. В непосредственной близости от наружной кромки поршня 11 установлен шариковый клапан 1. Балансировочная камера в конструкции этой муфты отсутствует.

Схема работы шарикового клапана представлена на рис. 4.17.

Рис. 4.17. Схема работы шарикового клапана муфты End Clutch АКПП серий A4AF3 и A4BF2.

А - при подаче давления; Б - при сбросе давления.

При подаче давления в гидроцилиндр, шариковый клапан увлекается потоком масла и прижимается к своему седлу, тем самым, исключая потери давления в гидроцилиндре муфты. При сбросе давления масла из гидроцилиндра для выключения муфты, шарик под действием центробежных сил отрывается от своего седла и открывает канал для сброса остатков масла из гидроцилиндра. Таким образом, назначением шарикового клапана является исключение самопроизвольного включения муфты остатками масла внутри гидроцилиндра из-за действия центробежных сил.

4.5. ОДНОХОДОВЫЕ МУФТЫ

Совместно с ленточными и дисковыми фрикционами в АКПП используются одноходовые муфты (их также называют обгонными муфтами). Конструкция одноходовых муфт бывает различной. В главе 2.2 рассматривалась одноходовая муфта распорного типа. Существуют также одноходовые муфты роликового и шарикового типов, которые имеют одинаковый принцип работы. Конструкция роликовой одноходовой муфты представлены на рис. 4.12.

Рис. 4.12. Конструкция роликовой одноходовой муфты.

Рассмотрим работу роликовой одноходовой муфты, которая работает в качестве тормоза. Наружная обойма неподвижно крепится в корпусе АКПП при помощи шипов на внешней поверхности или при помощи фиксирующих пальцев. На внутренней поверхности наружной обоймы выполняются клиновидные пазы. Внутренняя обойма муфты жёстко соединяется с одним из элементов планетарного ряда, например, с коронной шестерней. Между внутренней и наружной обоймами устанавливаются ролики. При вращении внутренней обоймы по часовой стрелке (рис.4.12 А) ролики, под действием сил трения, перемещаются в широкую часть клинового паза, обеспечивая свободное вращение внутренней обоймы. Если к внутренней обойме прикладывается крутящий момент, направленный против часовой стрелки (рис.4.12 Б), то под действием сил трения ролики перемещаются к узкой части клинового паза и блокируют внутреннюю обойму относительно внешней. В нашем примере это приведёт к остановке коронной шестерни планетарного механизма относительно корпуса АКПП.

Одноходовые муфты могут применяться не только в качестве тормозов, но и в качестве муфт, например, такое конструктивное решение используется в АКПП AISIN A30-40LE.

Одноходовые муфты позволяют упростить процесс управления переключением передач, так как для работы одноходовой муфты не требуется никаких элементов управления и дополнительных приводов. Она автоматически вступает в работу при изменении направления крутящего момента, приложенного к одной из обойм муфты.

Внешний вид роликовой обгонной муфты АКПП серий A6LF / A6MF и расположение клиновых пазов показано на рис. 4.13.

Рис. 4.13. Расположение клиновых пазов (А) и внешний вид (Б) одноходовой роликовой муфты АКПП серий A6LF / A6MF.

Сцепление
Замена сцепления
Снятие педали сцепления
Выключатель блокировки зажигания/датчик педали сцепления
Замена главного цилиндра сцепления
Замена трубки привода сцепления
Замена выжимного цилиндра сцепления
Замена вилки и выжимного подшипника сцепления
МКП - характеристики
Проверка и замена масла МКП
Снятие МКП
Выключатель света заднего хода
Снятие механизма и тросов переключения КПП
Снятие вала переключения передач
АКП
Проверка и замена масла АКП
Снятие АКП
Снятие рычага селектора АКП
Замена троса переключения режимов
Блок управления трансмиссией
Снятие приводов
Замена внутреннего ШРУСа и пыльника
Замена наружного ШРУСа и пыльника
Снятие динамического демпфера

   Устройство АКП
Гидродинамическая передача
Планетарные передачи
Фрикционные элементы АКП
Элементы гидравлических схем АКП
Селектор выбора передач АКП
Электронные компоненты АКП
АКП серии A4CF
Адаптивная логика переключения передач
Диагностика АКП