КПП. Принцип работы КПП с двойным сцеплением (коробка передач DSG)

Федеральное агентство по образованию и науке РФ

Государственное общеобразовательное  учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный  нефтяной технический университет»

 

 

 

 

 

 

Кафедра механики и конструирования машин

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

На тему: «КПП. Принцип работы КПП с двойным сцеплением (коробка передач DSG)»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                              ст. гр. ГГ-10-02 З.Р.Ханнанов

                                         (подпись, дата)

Проверил:                                                              преподаватель О.Б.Давлетов

 

 

 

 

 

 

 

Уфа-2011

Содержание:

 

 

1. Коробка переключения передач (КПП)………………………………….3
2. Принцип работы КПП с двойным сцепление……………………………8
3. Принципы работы традиционной механической КПП…….………….9
4. Принцип работы: Валы КПП с двойным сцеплением…………………9
5. Многодисковые сцепления……………………………………………….10
6. Плюсы и минусы КПП с двойным сцеплением…………………………12
7. КПП с двойным сцеплением: Прошлое, Настоящее и Будущее………14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Коробка переключения передач (КПП)

 

          Основное предназначение коробки переключения передач — изменение крутящего момента по величине и направлению и передача его от двигателя к ведущим колесам. Таким образом, с помощью КПП при постоянной мощности двигателя осуществляется изменение силы тяги на ведущих колесах автомобиля. Коробка передач позволяет включить движение задним ходом, а также обеспечить разъединение двигателя и ведущих колес автомобиля.  
          На современных автомобилях устанавливаются механические или автоматические КПП.  
          Основными составными элементами механической коробки передач являются (рис. 4.4):

картер;

первичный, вторичный и  промежуточ-

ные валы с шестернями;

дополнительный вал;

шестерни заднего хода;

синхронизаторы;

механизм переключения передач;

замковое устройство;

блокировочное устройство;

рычаг переключения передач.

 

 
Рис. 1 Коробка переключения передач с рычагом

 
          Все содержимое КПП расположено в картере. Он закреплен на картере сцепления. Половину объема картера коробки передач занимает специальное           трансмиссионное масло: необходимость его обусловлена тем, что детали работают при больших нагрузках и должны хорошо смазываться. На некоторых автомобилях в коробку передач можно заливать обычное моторное масло. Как правило, замена масла в КПП производится редко, а во многих современных машинах масло, залитое при изготовлении автомобиля, используется на протяжении всего срока эксплуатации.  
          Для обеспечения бесшумного и плавного переключения передач используются специальные приборы, называемые синхронизаторами. Они уравнивают угловые скорости враща ющихся шестерен.  
          Механизм переключения передач является основным узлом КПП и предназначается для смены передач. Данным механизмом управляют с помощью рычага переключения передач, установленного в салоне автомобиля между передними сиденьями. В некоторых автомобилях (например, «Волга» ГАЗ-21) рычаг переключения передач установлен на рулевой колонке.  
          Чтобы исключить возможность включения сразу двух передач (это чревато печальными последствиями), предусмотрено специальное замковое устройство. Для предотвращения самопроизвольного выключения передач в КПП используется блокировочное устройство.  
          Принцип работы коробки передач заключается в том, что на разных шестернях имеется разное количество зубьев. Например, коленвал двигателя вращается со скоростью 2000 оборотов в минуту и передает этот крутящий момент на первичный вал с шестерней, которая входит в зацепление с другой шестерней, большей по размеру и имеющей в два раза больше зубьев. Вал, на котором установлена эта вторая шестерня, будет вращаться с в два раза меньшей скоростью, то есть 1000 оборотов в минуту. При использовании разных сочетаний входящих в зацепление шестерен (установленных на разных валах) этот принцип позволяет получать и передавать на ведущие колеса разный крутящий момент. В результате при вращении коленвала со скоростью 2000 оборотов в минуту ведущие колеса при включении соответствующих передач могут вращаться, например, со скоростью 1000 или 500 оборотов в минуту и т. д.  
          Чтобы автомобиль мог двигаться задним ходом, предусмотрено использование задней передачи. При этом вторичный вал КПП вращается в обратную сторону, что достигается за счет использования нечетного количества входящих в зацепление шестерен (в этом случае направление крутящего момента меняется на противоположное). «Нечетная» шестерня установлена на дополнительном валу коробки передач.  
          Водитель автомобиля самостоятельно переключает передачи с помощью рычага, в зависимости от условий езды, режима работы двигателя, его возможностей, а также иных факторов. На современных легковых автомобилях чаще всего устанавливается пятиступенчатая КПП: это означает, что машина имеет пять передач для движения вперед и одну передачу для движения назад.  
          В каждом легковом автомобиле действует такой принцип: чем ниже передача, тем она мощнее, но в то же время медленнее. Поэтому самыми сильными передачами, предназначенными для трогания с места и движения на малой скорости, являются первая и задняя.  
          При их включении двигатель легко крутит колеса, однако с большой скоростью на них не поедешь: мотор будет работать на больших оборотах, громко реветь, но быстрее примерно 10–20 км/ч машина не поедет.  
          После того как автомобиль тронулся с места и немного разогнался, следует переключиться на вторую передачу — менее мощную, но зато более скоростную. На ней уже можно разогнать автомобиль еще больше, чтобы переключиться на третью передачу — еще более скоростную и менее мощную, и т. д.  
          На низких передачах двигатель потребляет больше топлива, чем на высоких. То есть чем выше передача, тем более экономичная езда.  
          В процессе езды водителю приходится не только повышать передачи, но и иногда переходить на пониженные. Например, при движении в гору мощности пятой или четвертой передачи может не хватить и необходимо перейти на более мощную пониженную передачу.  
          Коробка передач является довольно надежным агрегатом, исправно работающим на протяжении всего срока эксплуатации автомобиля. Достаточно лишь следить за уровнем масла и подливать его либо менять. Чаще всего КПП выходит из строя по причине того, что водитель слишком неаккуратно пользуется рычагом переключения передач (резко дергает его, пытается переключить передачи при не полностью выключенном сцеплении и т. п.).  
          При переключении передач рычаг (рис. 2) должен двигаться плавно, без рывков и резких движений, причем при прохождении нейтральной позиции следует делать маленькие (в пределах секунды) паузы. Это позволит своевременно сработать синхронизаторам, призванным предотвратить поломку шестерен.

 
Рис. 2 Рычаг механической коробки передач

          Что касается автоматической коробки передач, то она является более удобной для начинающих и малоопытных водителей, поскольку избавляет от необходимости выжимать сцепление, вручную переключать передачи и отпускать сцепление. Однако и у автоматической КПП имеется рычаг переключения, который называется рычагом селектора. У стандартного автомобиля он может принимать четыре основных положения: P, R, N и D.  
          Р — это режим парковки. Его можно включать только после того, как автомобиль полностью остановлен и поставлен на ручной тормоз. Заводить мотор при данном положении рычага разрешается.  
          R — данное положение предназначено для движения задним ходом. Его можно включать только при нажатой педали тормоза и лишь после того, как автомобиль полностью остановился.  
          N — это нейтральное положение, которое имеется и у механической коробки передач. В данном положении ведущие колеса отключены от двигателя, крутящий момент на них не передается, поэтому можно заводить мотор. Категорически запрещается устанавливать рычаг в данное положение во время движения, так как коробка передач выйдет из строя.  
          D — это положение движения автомобиля. Именно при нем осуществляется езда в обычных условиях, причем в данном режиме без участия водителя происходит переключение еще нескольких передач (это можно почувствовать в процессе езды по едва заметным толчкам). Эти передачи переключаются автоматически, в зависимости от скоростного режима, условий езды и иных факторов.  
          На некоторых современных автомобилях c автоматической коробкой передач могут присутствовать дополнительные режимы разгона (нормальный, экономичный и спортивный), выбор которых осуществляется соответствующим положением рычага селектора (рис. 3).

 
Рис. 3 Рычаг автоматической коробки передач (рычаг селектора)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принцип работы КПП с  двойным сцеплением (коробка передач DSG)

          Многие знают, что существует два основных типа коробок передач: механическая (переключение передачи с помощью нажатия педали сцепления и перемещения рычага переключения передач) и автоматические ( режим выбирается автоматически, задействованы муфта сцепления, конвертор и набор планетарной передачи).

Трансмиссия DSG

          Но появилось нечто среднее, вобравшее в себя только самое лучшее двух коробок- КПП с двойным сцеплением или полу-автоматическая коробка (механическая коробка передач без сцепления и автоматизированная механическая коробка передач). В мире гоночных автомобилей полуавтоматы, такие как секвентальные механические коробки, используются уже многие годы.

          Но в мире серийных автомобилей то, что называют КПП с двойным сцеплением или КПП прямого переключения можно считать новинкой. Эта статья посвящена принципам работы КПП с двойным сцеплением. Также мы попытаемся сравнить ее с другими видами коробок и выясним почему же некоторые считают ее трансмиссией будущего.

Принципы работы традиционной механической КПП

          КПП с двойным сцеплением вобрала в себя достоинства двух механических коробок. Чтобы понять, что это означает, мы рассмотрим принципы работы обычной механической КПП. Прежде чем переключить передачу с помощью рычага переключения передач, водитель нажимает педаль сцепления. Которая отсоединяет двигатель от коробки передач и прекращает подачу силового потока к коробке. Когда водитель выбирает нужную передачу с помощью рычага, зубчатая муфта перемещается от одной шестерни к другой (шестерни разного размера).

          Синхронизаторы выравнивают скорость вращения муфты, после чего передача безударно включается. После того, как шестерня пришла в движение, водитель отпускает педаль сцепления, происходит повторное соединение двигателя с трансмиссией и посылает крутящий момент на колеса. Таким образом, в обычной механической коробке передач, непрерывный поток мощности не передается от двигателя к колесам. Вместо этого подача мощности изменяется от включенного до выключенного состояния во время переключения передач, вызывая "толчок переключения передачи" или "прерывание крутящего момента".

          Если у водителя мало опыта, то каждое такое переключение передач может стать привести к тому, что пассажиров начнет "кидать" вперед и назад. КПП с двойным сцеплением, напротив, использует два сцепления, но педаль сцепления отсутствует. Сложная электроника и гидравлика контролируют сцепления ( как в стандартной автоматической коробке передач). В КПП с двойным сцеплением сцепления функционируют автономно. Одно сцепление контролирует нечетные передачи (первую, третью, пятую), а другое - четные (вторую, четвертую и шестую). Благодаря такому распределению, передачи можно менять без прерывания потока мощности от двигателя к трансмиссии.

Принцип работы: Валы КПП с двойным сцеплением

          Двойной вал - сердце КПП с двойным сцеплением. В отличие от обычной механической коробки, у которой все шестерни находятся на одном входном валу, в КПП с двойным сцеплением четные и нечетные передачи располагаются на разных валах. Как такое возможно, спросите вы? А дело все в том, что внешний вал сделан полым, что позволяет расположить в нем внутренний вал. Внешний полый вал питает вторую и четвертую передачи, в то время как внутренний вал - первую, третью и пятую.

          Диаграмма ниже показывает устройство обычной пятиступенчатой КПП с двойным сцеплением.

          Обратите внимание, что одно сцепление контролирует вторую и четвертую передачи, а другое независимое сцепление - первую, третью и пятую, что позволяет молниеносно переключить передачу и поддерживать постоянный поток мощности. Стандартная механическая коробка передач не может этого, поскольку один вал рассчитан как для четных, так и для нечетных передач.

Многодисковые сцепления

          Поскольку КПП с двойным сцеплением похожа на автоматическую, вы можете подумать, что ей требуется конвертер, который как и в автоматической коробке переносит крутящий момент от двигателя к трансмиссии. На самом деле, он ей не нужен, поскольку вместо него используется многодисковые сцепления. Для уменьшения трения и ограничения выделяющегося тепла, детали сцепления погружены в смазочно-охлаждающие жидкости, такой вид сцепления называют "мокрым". Некоторые производители при разработке КПП с двойным сцеплением используют сухие сцепления, как на механической трансмиссии, хотя на всех современных автомобилях установлено мокрое.

          Как и конвертер, многодисковые сцепления используют гидравлическое давление для включения. Когда сцепление включено, гидравлическое давление внутри поршня разжимает пружины, что приводит прижиманию набора дисков сцепления к фиксированной пластине давления. Фрикционные диски имеют зубцы, такого же размера и такой же формы, что и пазы барабана сцепления.

          В свою очередь барабан соединен с набором шестерней, которые получают крутящий момент. КПП с двойным сцеплением Audi использует как малые витые пружины, так и большие диафрагмовые пружины в многодисковых сцеплениях. При разъединении сцепления, давление жидкости внутри поршня снижается. Это заставляет пружины поршня сжиматься, давление набора дисков и пластины давления ослабевают.

Плюсы и минусы КПП с двойным сцеплением

          Надеемся, вам становится понятным, почему КПП с двойным сцеплением отождествляют с автоматизированной механической. В принципе, КПП с двойным сцеплением ведет себя как стандартная механическая: у нее есть входной и промежуточный валы для размещения шестерен, синхронизаторы и сцепление. Единственное, чего у нее нет, так это педали сцепления, поскольку функцию педали выполняют компьютеры, соленоиды и гидравлика.

          Ощущение езды - одно из многих преимуществ КПП с двойным сцеплением. Передачи вверх занимают около 8 мс, что обеспечивает самое динамичное ускорение. Она способствует плавному разгону, без толчков, которые сопровождают переключение передач с помощью ручных и даже некоторых автоматических коробок. Такая КПП дает водителям возможность выбора: контролировать ли переключение передач самому или позволить компьютеру выполнить всю работу.