Prevodová hlava 101: Pochopenie automatickej prevodovky

{h1}

Vitajte späť Prevodová hlava 101 - séria základných informácií o tom, ako autá pracujú pre automobilových nováčikov.


Ak ste sledovali Gearhead 101, viete ako funguje motor automobilu, ako motor prenáša energiu, ktorú generuje, prostredníctvom hnacej sústavya ako funguje manuálna prevodovka ako akýsi silový rozvádzač medzi motorom a hnacím ústrojenstvom.

Ale väčšina ľudí v dnešnej dobe (aspoň ak žijete v Spojených štátoch) jazdí na autách s automatické prevodovky. Už ste niekedy premýšľali nad tým, ako môže vaše auto zaradiť správny prevodový stupeň bez toho, aby ste museli robiť čokoľvek okrem stlačenia plynového pedála alebo brzdy?


No drž sa za zadok. Chystáme sa vás previesť jedným z najúžasnejších kúskov mechanického (a tekutého) inžinierstva v histórii ľudstva: automatickou prevodovkou.

(Vážne, nepreháňam: keď pochopíte, ako fungujú automatické prevodovky, budete ohromení, že ľudia dokázali prísť na túto vec bez počítačov.)


Čas kontroly: Účel prenosu

Predtým, ako sa dostaneme do podrobností o tom, ako funguje automatická prevodovka, urobme si najprv krátku ukážku toho, prečo vozidlá potrebujú prevodovku - akéhokoľvek druhu -.



Ako je uvedené v našom rozpravke o tom, ako funguje motor automobilu, motor vášho vozidla vytvára rotačný výkon. Aby sme mohli autom pohnúť, musíme túto rotačnú silu preniesť na kolesá. To robí hnacie ústrojenstvo automobilu - ktorého súčasťou je prevodovka -.


Ale tu je problém: aby mohol motor efektívne pracovať, dokáže točiť iba do určitej rýchlosti. Ak sa točí príliš nízko, nedokázali by ste uviesť vozidlo do pohybu z pokoja; ak sa točí príliš rýchlo, môže sa motor zničiť.

Potrebujeme nejaký spôsob, ako znásobiť výkon produkovaný motorom, keď je to potrebné (počnúc pokojom, stúpaním do kopca atď.), Ale tiež znížiť množstvo energie vysielanej z motora, keď to nie je potrebné ( ísť z kopca, ísť naozaj rýchlo, naraziť na brzdu).


Zadajte prenos.

Prevodovka zaisťuje, že sa váš motor točí optimálnym tempom (ani príliš pomalým, ani príliš rýchlym) a súčasne poskytuje vašim kolesám dostatok energie, ktorú potrebujú na pohyb a zastavenie vozidla bez ohľadu na to, v akej situácii sa nachádzate. medzi motorom a zvyškom hnacej sústavy a pôsobí ako silový rozvádzač pre auto.


Predtým sme išli do podrobností ako to dosahujú manuálne prevodovky prostredníctvom prevodových pomerov. Prepojením navzájom rôznych prevodových stupňov môžete zvýšiť množstvo energie dodávanej do zvyšku vozidla bez toho, aby ste úplne zmenili rýchlosť rotačného výkonu motora. Ak ešte nepochopíte myšlienku prevodových pomerov, Odporúčam vám pozrieť si video, ktoré sme zahrnuli naposledy skôr ako sa pohnete ďalej; nič iné nebude mať zmysel, pokiaľ nepochopíš tento koncept.

Pri manuálnej prevodovke ovládate, ktorý prevodový stupeň je zaradený, stlačením spojky a preraďovaním prevodových stupňov na miesto.


Pri automatickej prevodovke brilantná technika určuje, ktorý prevodový stupeň je zaradený, bez toho, aby ste museli niečo robiť, okrem stlačenia plynových alebo brzdových pedálov. Je to automobilová mágia.

Časti automatickej prevodovky

Schéma automatickej prevodovky.

Takže teraz by ste mali mať základné znalosti o účele prevodovky: zaisťuje, že sa váš motor točí optimálnou rýchlosťou (ani príliš pomalý, ani príliš rýchly), a súčasne poskytuje vašim kolesám dostatok energie na to, aby sa mohli pohybovať a zastaviť auto, bez ohľadu na situáciu.

Pozrime sa na časti, ktoré to umožňujú v prípade automatickej prevodovky:

Puzdro prevodovky

Obrázok krytu automatickej prevodovky.

V kryte prevodovky sú umiestnené všetky jeho časti. Vyzerá ako zvon, takže ho často budete počuť ako „zvonček“. Skriňa prevodovky je zvyčajne vyrobená z hliníka. Okrem ochrany všetkých pohybujúcich sa prevodových stupňov má zvonček na moderných automobiloch rôzne senzory, ktoré sledujú vstupné otáčky od motora a výstupné otáčky po zvyšok vozidla.

Menič krútiaceho momentu

Už ste sa niekedy čudovali, prečo môžete zapnúť motor svojho auta, ale nechcete, aby sa táto vec pohla dopredu? Je to tak preto, lebo tok energie z motora do prevodovky je odpojený. Toto odpojenie umožňuje motoru pokračovať v činnosti, aj keď zvyšok hnacieho ústrojenstva automobilu nedostáva energiu. Pri manuálnej prevodovke odpojíte výkon od motora po hnaciu sústavu stlačením spojky.

Ako však odpojíte motor od zvyšku hnacej sústavy od automatickej prevodovky, ktorá nemá spojku?

S meničom krútiaceho momentu samozrejme.

To je miesto, kde začína čierna mágia automatických prevodoviek (ešte sme sa ani nedostali k planetárnemu prevodu).

Menič krútiaceho momentu leží medzi motorom a prevodovkou. Je to vec vyzerajúca ako šiška, ktorá sedí vo veľkom otvore puzdra zvončeka prevodovky. Má dve základné funkcie, pokiaľ ide o prenos krútiaceho momentu:

  1. Prenáša výkon z motora na vstupný hriadeľ prevodovky
  2. Znásobuje krútiaci moment motora

Tieto dve funkcie plní vďaka hydraulickému výkonu dodávanému kvapalinou prevodovky vo vašej prevodovke.

Aby sme pochopili, ako to funguje, musíme vedieť, ako fungujú rôzne časti meniča krútiaceho momentu.

Časti prevodníka krútiaceho momentu

Ilustrácia častí meniča krútiaceho momentu pre automatickú prevodovku.

Vo väčšine moderných vozidiel sú štyri hlavné časti meniča krútiaceho momentu: 1) čerpadlo, 2) stator, 3) turbína a 4) spojka meniča krútiaceho momentu.

1. Čerpadlo (alias obežné koleso). Čerpadlo vyzerá ako ventilátor. Má veľa čepelí vyžarujúcich z jeho stredu. Čerpadlo je namontované priamo na skrini meniča krútiaceho momentu, ktorá je zaskrutkovaná priamo na zotrvačník motora. V dôsledku toho sa čerpadlo roztáča pri rovnakých otáčkach ako kľukový hriadeľ motora. (Musíte si uvedomiť, že keď budeme prechádzať tým, ako pracuje menič krútiaceho momentu.) Čerpadlo „pumpuje“ prevodovú kvapalinu smerom von zo stredu smerom k. . .

2. Turbína. Turbína je umiestnená vo vnútri krytu prevodníka. Rovnako ako čerpadlo vyzerá ako ventilátor. Turbína sa pripája priamo k vstupnému hriadeľu prevodovky. Nie je pripojené k čerpadlu, takže sa môže pohybovať inou rýchlosťou ako čerpadlo. Toto je dôležitý bod. To umožňuje motoru točiť sa pri iných otáčkach ako pri zvyšku hnacej sústavy.

Turbína sa môže točiť vďaka prevodovej kvapaline, ktorá sa dostane z čerpadla. Lopatky turbíny sú navrhnuté tak, aby sa tekutina, ktorú prijíma, pohybovala smerom k stredu turbíny a späť k čerpadlu.

3. Stator (alias reaktor). Stator leží medzi čerpadlom a turbínou. Vyzerá to ako lopatka ventilátora alebo vrtuľa lietadla (vidíte tu vzor?). Stator robí dve veci: 1) efektívnejšie posiela prevodovú kvapalinu z turbíny späť do čerpadla a 2) znásobuje krútiaci moment vychádzajúci z motora, aby pomohol rozhýbať auto, ale potom vysiela menší krútiaci moment, keď auto ide dobre klip.

Dosahuje to vďaka šikovnému inžinierstvu. Po prvé, lopatky na reaktore sú skonštruované takým spôsobom, že keď prenosová kvapalina opúšťajúca turbínu narazí na lopatky statora, kvapalina sa odkloní rovnakým smerom ako rotácia čerpadla.

Po druhé, stator je prostredníctvom jednosmernej spojky spojený s pevným hriadeľom prevodovky. To znamená, že stator sa môže pohybovať iba jedným smerom. To zaisťuje, že tekutina z turbíny je nasmerovaná jedným smerom. Stator sa začne točiť, až keď rýchlosť kvapaliny z turbíny dosiahne určitú úroveň.

Tieto dva konštrukčné prvky statora uľahčujú prácu čerpadla a vytvárajú väčší tlak kvapaliny. To zase vytvára zosilnený krútiaci moment na turbíne a pretože je turbína spojená s prevodovkou, môže sa do prevodovky a zvyšku automobilu poslať viac krútiaceho momentu. Fíha.

4. Spojka meniča krútiaceho momentu. Vďaka tomu, ako funguje dynamika tekutín, sa stráca energia pri prechode prevodovej kvapaliny z čerpadla do turbíny. To vedie k tomu, že sa turbína roztočí o niečo nižšou rýchlosťou ako čerpadlo. To nie je problém, keď auto ide (v skutočnosti je to rozdiel v rýchlosti, ktorý umožňuje turbíne dodať do prevodovky viac krútiaceho momentu), ale ak to raz zabehne, vedie to k určitej energetickej neúčinnosti.

Aby sa tieto straty energie vylúčili, väčšina moderných meničov krútiaceho momentu má spojku meniča krútiaceho momentu, ktorá je pripojená k turbíne. Keď auto dosiahne určitú rýchlosť (zvyčajne 45 - 50 km / h), spojka meniča krútiaceho momentu sa zapne a spôsobí točenie turbíny rovnakou rýchlosťou ako čerpadlo. Počítač ovláda, keď je zapnutá spojka meniča.

To sú teda časti meniča krútiaceho momentu.

Vnútorná časť spojky meniča krútiaceho momentu.

Poďme to všetko spojiť a pozrime sa, ako by vyzerala činnosť meniča krútiaceho momentu, keď prechádzate od mŕtveho bodu k cestovnej rýchlosti:

Zapnete auto a je na voľnobežných otáčkach. Čerpadlo sa točí rovnakými otáčkami ako motor a vysiela prevodovú kvapalinu smerom k turbíne, ale pretože sa motor netočí veľmi rýchlo pri mŕtvom zastavení, turbína sa netočí tak rýchlo, takže nemôže dodávať krútiaci moment do prevodovky.

Šliapnete na plyn. To spôsobí, že sa motor rýchlejšie roztočí, čo spôsobí rýchlejšie roztočenie čerpadla meniča krútiaceho momentu. Pretože sa čerpadlo točí rýchlejšie, prenosová kvapalina sa pohybuje dostatočne rýchlo od čerpadla, aby mohla rýchlejšie roztočiť turbínu. Lopatky turbíny posielajú tekutinu do statora. Stator sa ešte neotáča, pretože rýchlosť prevodovej kvapaliny nie je dostatočne vysoká.

Ale kvôli konštrukcii lopatiek statora, keď nimi kvapalina prechádza, odvádza ju späť do čerpadla rovnakým smerom, ako sa čerpadlo otáča. To umožňuje čerpadlu presunúť tekutinu späť do turbíny pri vyšších otáčkach a vytvárať vyšší tlak kvapaliny. Keď kvapalina smeruje späť do turbíny, robí to s väčším krútiacim momentom, čo spôsobuje, že turbína dodáva viac krútiaceho momentu do prevodovky. Auto sa začne pohybovať dopredu.

Tento cyklus opakovane pokračuje, keď sa vaše auto zrýchľuje. Keď dosiahnete cestovnú rýchlosť, prevodová kvapalina dosiahne tlak, ktorý spôsobí, že sa lopatky reaktora konečne roztočia. Pri otáčaní reaktora sa krútiaci moment znižuje. V tomto okamihu nepotrebujete na pohyb vozidla veľa krútiaceho momentu, pretože sa pohybuje v dobrej kondícii. Spojka meniča krútiaceho momentu zapadne a spôsobí, že sa turbína roztočí pri rovnakých otáčkach ako čerpadlo a motor.

Dobre, takže menič krútiaceho momentu je to, čo umožňuje alebo zabraňuje prenosu sily z motora na prevodovku a čo násobí krútiaci moment na prevodovku, aby sa auto dostalo z mŕtveho bodu. Je čas pozrieť sa na časti prevodovky, ktoré umožňujú automatickému radeniu vozidla.

Planetové prevody

Planétová súprava automatickej prevodovky.

Pretože vaše vozidlo dosahuje vyššie rýchlosti, potrebuje na udržanie vozidla nižší krútiaci moment. Prevodovky môžu vďaka prevodovým pomerom zvýšiť alebo znížiť množstvo krútiaceho momentu prenášaného na kolesá vozidla. Čím nižší je prevodový pomer, tým viac krútiaceho momentu sa dodáva. Čím vyšší je prevodový pomer, tým menší je krútiaci moment.

Na manuálnej prevodovke musíte zmeniť prevodový stupeň, aby ste zmenili prevodové stupne.

U automatickej prevodovky sa prevodové pomery automaticky zvyšujú a znižujú. A to je možné vďaka dômyselnej konštrukcii planétového prevodu.

Planetová prevodovka sa skladá z troch komponentov:

  1. Slnečné koleso. Nachádza sa v strede planétovej súkolesia.
  2. Planéta ozubené kolesá / pastorky a ich nosič. Tri alebo štyri menšie prevodové stupne, ktoré obklopujú centrálne koleso a sú neustále v zábere so slnečným kolesom. Planétové kolesá (alebo pastorky) sú namontované a podoprené nosičom. Každý z prevodov planéty sa krúti na vlastných samostatných hriadeľoch, ktoré sú spojené s nosičom. Planétové kolesá sa nielen krútia, ale obiehajú aj okolo slnečného kolieska.
  3. Prstencový prevod. Obvodové koleso je vonkajšie a má vnútorné zuby. Obvodový krúžok obklopuje zvyšok súkolesia a jeho zuby sú v neustálom zábere s planétovými prevodmi.

Jedinou planétovou súpravou je možné dosiahnuť spätný chod a päť úrovní pohonu dopredu. Všetko závisí od toho, ktorý z troch komponentov súkolesia sa pohybuje alebo drží nehybne.

Poďme sa na to pozrieť v akcii, keď rôzne komponenty pôsobia buď ako vstupný prevodový stupeň (prevodový stupeň, ktorý generuje energiu), výstupný prevodový stupeň (prevodový stupeň, ktorý dodáva výkon), alebo sú držané nehybne.

Sun Gear: vstupný prevod / planetárny nosič: výstupný prevod / ring Gear: držaný nehybne

Redukcia prevodových stupňov so vstupom Sun Gear.

V tomto scenári je slnečné koleso vstupným prevodom. Obvodový krúžok sa nehýbe. Ak sa slnečné koleso pohybuje a kruhový prevod je držaný na svojom mieste, planétové prevody sa budú otáčať na vlastných nosných hriadeľoch a budú prechádzať po vnútornej strane kruhového prevodu, ale v opačnom smere ako slnečné koleso. To spôsobí, že sa nosič začne otáčať rovnakým smerom ako slnečné koleso. Z nosiča sa tak stane výstupný prevodový stupeň.

Táto konfigurácia vytvára nízky prevodový pomer, čo znamená, že vstupný prevod (v tomto prípade centrálny prevod) sa otáča rýchlejšie ako výstupný prevod (planétový nosič). Ale množstvo krútiaceho momentu, ktoré vytvára planétový nosič, je oveľa viac, ako poskytuje slnečné koleso.

Tento druh konfigurácie by sa použil, keď je auto ešte len naštartované.

Sun Gear: držané stacionárne / Planetový nosič: výstupný prevod / Ring Gear: vstupný prevod

Pohľad dovnútra na automatickú prevodovku.

V tomto scenári je centrálne koleso držané nehybne, ale ozubené koleso sa stáva vstupným prevodovým stupňom (to znamená, že dodáva energiu prevodovému systému). Pretože je držané slnečné koleso, rotujúce planétové prevody budú obiehať okolo centrálneho kolesa a prenášať so sebou nosič planéty.

Planétový nosič sa pohybuje v rovnakom smere ako ozubené koleso a je výstupným prevodom.

Táto konfigurácia vytvára o niečo vyšší prevodový pomer ako prvá konfigurácia. Ale vstupné koleso (ozubené koleso) sa stále točí rýchlejšie ako výstupné koleso (planétový nosič). To vedie k tomu, že planétový prevod poskytuje zvyšný krútiaci moment alebo výkon zvyšku hnacej sústavy. Táto konfigurácia by pravdepodobne bola v hre, keď sa vaše auto zrýchli z mŕtveho zastavenia alebo keď jazdíte do kopca.

Sun Gear: vstupný prevod / planetárny nosič: výstupný prevod / Ring Gear: vstupný prevod

Planétový nosič prevodovky automatickej prevodovky.

V tomto scenári slnečné koleso aj krúžok fungujú ako vstupné prevody. To znamená, že sa obe točia rovnakou rýchlosťou a rovnakým smerom. To spôsobí, že sa planétové kolesá nebudú točiť na svojich jednotlivých hriadeľoch. Prečo? Ak sú vstupným členom prstencové koleso a centrálne koleso, vnútorné zuby prstencového ozubeného kolesa sa pokúsia otáčať planétovým prevodom v jednom smere, zatiaľ čo vonkajšie zuby centrálneho kolesa sa budú snažiť poháňať ich opačným smerom. Takže zafixujú na svojom mieste. Celá jednotka (centrálne koleso, planétový nosič, kruhový prevod) sa pohybuje spoločne rovnakou rýchlosťou a prenáša rovnaké množstvo energie. Keď vstup a výstup prenášajú rovnaké množstvo krútiaceho momentu, nazýva sa to priamy pohon.

Toto usporiadanie by bolo v hre, keď jazdíte rýchlosťou približne 45 až 50 km / h.

Sun Gear: držané stacionárne / planetárny nosič: vstupné ozubené koleso / Ring Gear: výstupné ozubené koleso

Prehadzovač s držaným slnečným kolesom.

V tomto scenári je centrálne koleso držané nehybne a planétový nosič sa stáva vstupným prevodom, ktorý dodáva energiu do prevodového systému. Obvodový krúžok je teraz výstupným prevodom.

Pri otáčaní nosiča planéty sú planétové prevody nútené obiehať okolo držaného centrálneho kolesa, ktoré rýchlejšie poháňa ozubené koleso. Jedna úplná rotácia planétového nosiča spôsobí, že sa krúžkové koleso otočí o viac ako jednu úplnú otáčku v rovnakom smere. Jedná sa o vysoký prevodový pomer a poskytuje vyššiu výstupnú rýchlosť, ale menší krútiaci moment. Toto usporiadanie je tiež známe ako „overdrive“.

V tejto konfigurácii by ste boli, keď jazdíte po diaľnici rýchlosťou viac ako 60 km / h.

Automatická prevodovka má zvyčajne viac ako jeden planetový prevodový stupeň. Spoločne pracujú na vytvorení viacerých prevodových pomerov.

Pretože prevodové stupne sú v planetovom prevodovom systéme v konštantnom zábere, prevodové stupne sa robia bez zaraďovania alebo vypínania prevodových stupňov, ako to robíte pri manuálnej prevodovke.

Ako však automatická prevodovka zistí, ktoré časti planétového prevodového systému by mali pôsobiť ako vstupné, výstupné alebo stacionárne, aby sme dosiahli tieto rôzne prevodové pomery?

Pomocou brzdových pásov a spojok vo vnútri prevodovky.

Brzdové pásy a spojky

Brzdové pásky sú vyrobené z kovu obloženého organickým trecím materiálom. Brzdové pásy sa môžu utiahnuť, aby držali prstenec alebo centrálne koleso v nehybnom stave, alebo sa uvoľniť, aby sa mohli roztočiť. To, či sa brzdový pás napína alebo uvoľňuje, je ovládané hydraulickým systémom.

Brzdové pásy a spojkové lamely automatickej prevodovky.

Séria spojok sa tiež pripája k rôznym častiam planétového prevodového systému. Spojky prevodovky v automatických prevodovkách sú zložené z viacerých kovových a trecích diskov (preto sa niekedy označuje ako „multidisková spojková zostava“). Ak sú disky stlačené, spôsobí to spojenie spojky. Spojka môže spôsobiť, že sa z planétovej časti prevodovky stane vstupný prevodový stupeň, alebo by to mohlo spôsobiť jej státie. Záleží len na tom, ako je spojená s planétovým prevodom. To, či spojka zaberá alebo nie, je poháňané kombináciou mechanickej, hydraulickej a elektrickej konštrukcie. A všetko sa deje automaticky.

Teraz je zložitosť toho, ako rôzne spojky spolupracujú, aby držali a poháňali rôzne komponenty, dosť komplikovaná. Príliš komplikované opísať to v texte. Najlepšie to pochopíme vizuálne. Dôrazne odporúčam pozrieť si toto video, ktoré vás prevedie:

Ako funguje automatická prevodovka

Ako vidíte, vo vnútri automatickej prevodovky je veľa pohyblivých častí. Využíva kombináciu mechaniky, kvapaliny a elektrotechniky, aby vám poskytla plynulú jazdu od mŕtveho zastávky po cestovnú rýchlosť po diaľnici.

Poďme sa teda pozrieť na celkový obraz toku energie v automatickej prevodovke.

Motor posiela energiu do čerpadlo meniča krútiaceho momentu.

Čerpadlo posiela energiu do meniča krútiaceho momentu turbína prostredníctvom prevodovej kvapaliny.

Turbína posiela prevodovú kvapalinu späť do čerpadla cez stator.

Stator znásobuje výkon prevodovej kvapaliny, čo umožňuje čerpadlu odoslať viac energie späť do turbíny. Vo vnútri prevodníka krútiaceho momentu sa vytvára vírenie energie.

Turbína je spojená s centrálnym hriadeľom, ktorý sa pripája k prevodovke. Pri otáčaní turbíny sa otáča hriadeľ a do prvej sa posiela energia planétová súprava prenosu.

Podľa toho aký lamelová spojka alebo brzdový pás je zaradený do prevodovky, sila z meniča krútiaceho momentu spôsobí buď slnečné koleso, planetárny nosič, alebo kruhový prevod planétového prevodového systému pohybovať alebo zostať stáť.

Podľa toho, ktoré časti planétového prevodového systému sa pohybujú alebo nie, určuje prevodový pomer. Akékoľvek usporiadanie planétového prevodu, ktoré máte (centrálne koleso pôsobiace ako vstup, planétový nosič pôsobiaci ako výstup, stacionárne ozubené koleso - pozri vyššie), bude určovať množstvo energie, ktoré prevodovka vysiela do zvyšku hnacieho ústrojenstva.

Takto vo všeobecnosti funguje automatická prevodovka. Existujú senzory a ventily, ktoré regulujú a upravujú veci, ale to je ich základná podstata.

Je to niečo, čo sa dá ľahšie pochopiť vizuálne. Vrelo odporúčam pozrieť si nasledujúce video. Pozadie, ktorým sme prešli, nám umožní oveľa ľahšie porozumieť:

Čo som ti povedal? Automatická prevodovka je úžasná.

Teraz, keď pri jazde po diaľnici cítite prevodové stupne, získate dobrú predstavu o tom, čo sa deje pod kapotou.