Обзор автоматических коробок передач, выбор и установка АКПП на автомобиль ВАЗ 2112
Курсовая работа
Пояснительная записка
к курсовой работе по конструированию
и расчету автомобиля
Тема: «Обзор автоматических коробок передач, выбор и установка АКПП на автомобиль ВАЗ 2112»
Задание:
На курсовую работу по конструированию и расчету автомобиля
Тема: «Обзор автоматических коробок передач и установка на автомобиль ВАЗ 2112»
- Проследить историю развития автоматических коробок передач».
- Рассмотреть основные требования, предъявляемые к автоматическим коробкам передач.
- Провести патентные исследования.
- Выполнить классификационную характеристику автоматических коробок передач.
- Проанализировать существующие конструкции автоматических коробок передач.
- Разработать кинематическую схему, предлагаемой автоматической коробки передач..
- Графическая часть работы:
- Классификация автоматических коробок передач.
- Кинематические схемы.
Аннотация
курсовой работы по конструированию и расчету автомобиля студента машиностроительного факультета
Пояснительная записка на 49с., 15 илл., 2 листа чертежей формата А1
В пояснительной записке
Подробно рассмотрены
Содержание.
Введение
1.Исходная информация
для выполнения курсовой
2.Краткая история развития автоматических коробок передач.
3.Основные требования, предъявляемые к автоматическим коробкам передач.
4.История развития АКП
5.Результаты патентных исследований.
6.Анализ рассмотренных
вариантов конструкций
7.Разработка кинематической схемы автоматической коробки передач с оценкой существующей кинематической схемы.
Заключение
Литература
Приложение
Введение.
Автоматическая коробка передач (также автоматическая трансмиссия, АКП) — разновидность коробки передач автомобилей, обеспечивающая автоматический (без прямого участия водителя) выбор соответствующей текущим условиям движения ступени (передачи).
От механической (МКПП) отличается автоматическим переключением передач, а также, в большинстве случаев, иным принципом действия механической части — а именно, использованием планетарных механизмов и гидромеханического привода вместо чисто механического в традиционной КП.
Автоматическая
коробка передач выполняет
- Изменяет при движении автомобиля соотношение между скоростями вращения коленчатого вала двигателя и ведущих колес.
- Служит для изменения крутящего момента на ведущих колесах автомобиля, длительного разъединения двигателя и трансмиссии и получения заднего хода.
- Обеспечивает оптимальную скорость и проходимость автомобиля, а также наиболее экономичную работу двигателя.
- Повышает тягово-скоростные свойства автомобиля.
1. Исходная информация для выполнения курсовой работы
Выбор и установка АКП для легкового автомобиля с полной массой до 1,5т., а именно для автомобиля марки ВАЗ 2112.
Автомобиль предназначен для эксплуатации на дорогах с усовершенствованным покрытием в различных климатических условиях при температуре окружающей среды от –45 до +40 °С.
Кузов автомобиля цельнометаллический, несущей конструкции. На автомобиль устанавливают поперечно четырехцилиндровый бензиновый двигатель ВАЗ-2112 с системой впрыска топлива и пятиступенчатой коробкой передач. Передняя подвеска независимая, телескопическая, с гидравлическими амортизаторными стойками, с винтовыми цилиндрическими пружинами, нижними поперечными рычагами с растяжками и стабилизатором поперечной устойчивости, задняя — на продольных рессорах. Тормозная система двухконтурная с дисковыми тормозами на передних колесах и барабанными — на задних. На все автомобили устанавливают радиальные бескамерные шины. На рулевой колонке установлено противоугонное устройство, встроенное в выключатель (замок) зажигания. В зависимости от комплектации на автомобили могут быть установлены: рулевое управление с гидроусилителем, передние сиденья с электрообогревом, омыватель ветрового стекла с электрообогреваемыми жиклерами, наружные зеркала заднего вида с электроприводом и электрообогревом, противотуманные фары.
2. Краткая история развития автоматических коробок передач.
К появлению классической гидромеханической трансмиссии привели три изначально независимые линии разработок, которые были впоследствии объединены в её конструкции.
Наиболее ранней из них можно считать применявшиеся на некоторых ранних конструкциях автомобилей, в том числе — знаменитом Ford T — планетарные механические трансмиссии. Хотя и всё ещё требующие от водителя определённого навыка для своевременного и плавного включения в работу соответствующей передачи (например, на двухступенчатой планетарной трансмиссии Ford T это осуществлялось при помощи двух ножных педалей, одна переключала низшую и высшую передачу, вторая включала задний ход), они уже позволяли довольно значительно упростить его работу, особенно в сравнении с использовавшимися в те годы коробками передач традиционного типа без синхронизаторов.
Хронологически вторым направлением
разработок, приведшим впоследствии
к появлению автоматической коробки
передач, можно назвать работы по
созданию полуавтоматических трансмиссий,
в которых была автоматизирована
часть действий по переключению передач.
Например, в середине тридцатых американские
фирмы Reo и General Motors практически одновременно
представили полуавтоматические трансмиссии
собственной разработки. Наиболее интересна
была трансмиссия разработки GM: как
и появившиеся позднее
Наконец, третьей линией разработок было внедрение в трансмиссию гидравлического элемента. Здесь явным лидером была корпорация Chrysler. Первые разработки относились к тридцатым годам, но массовое распространение такая трансмиссия получила на автомобилях этой фирмы уже в последние предвоенные и послевоенные годы. Помимо введения в конструкцию гидромуфты (позднее заменённой гидротрансформатором), она отличалась тем, что параллельно с двухступенчатой обычной механической коробкой передач в ней работал автоматически включающийся овердрайв (повышающая передача с передаточным числом меньше единицы). Таким образом, хотя с технической точки зрения это была механическая трансмиссия с гидравлическим элементом и овердрайвом, производителем она заявлялась как полуавтоматическая.
Она несла обозначение М4 (на довоенных моделях, коммерческие обозначения — Vacamatic или Simplimatic) и M6 (с 1946 года, коммерческие обозначения — Presto-Matic, Fluidmatic, Tip-Toe Shift, Gyro-Matic и Gyro-Torque) и изначально представляла собой комбинацию трёх агрегатов — гидромуфты, традиционной механической коробки передач с двумя ступенями переднего хода, и автоматически (на М4 вакуумным, на М6 электрическим приводом) включающегося овердрайва.
Каждый блок этой трансмиссии имел своё назначение:
- Гидромуфта делала трогание автомобиля с места плавнее, позволяла «бросать сцепление» и останавливаться, не выключая передачи или сцепления. Позднее она была заменена гидротрансформатором, который увеличивал крутящий момент и значительно улучшал динамику автомобиля по сравнению с гидромуфтой (которая несколько ухудшала динамику разгона).
- Механическая коробка передач служила для выбора рабочего диапазона трансмиссии в целом. Существовало три рабочих диапазона — нижний (Low), верхний (High) и заднего хода (Reverse). В каждом диапазоне было две передачи.
- Овердрайв автоматически включался в работу при превышении автомобилем определённой скорости, таким образом, переключая передачи внутри текущего диапазона.
Переключение диапазонов работы производилось обычным рычагом, расположенным на рулевой колонке. Поздние варианты переключателя имитировали автоматические трансмиссии и имели указатель-квадрант диапазона над рычагом, как у АКП — хотя сам процесс выбора передач не претерпел изменений. Педаль сцепления имелась, но использовалась только для выбора диапазона и была окрашена в красный цвет.
Трогаться в обычных дорожных условиях рекомендовалось в диапазоне «High», то есть, на второй передаче двухступенчатой МКП и третьей передаче трансмиссии в целом — высокий крутящий момент многолитровых шести- и восьмицилиндровых двигателей «Крайслеров» это вполне позволял.
На подъёме и при
движении по грязи необходимо было
начинать движение с диапазона «Low»,
то есть, с первой передачи. После
превышения определённой скорости (варьировалась
в зависимости от конкретной модели
трансмиссии) происходило переключение
на вторую передачу за счёт происходящего
автоматически включения
При необходимости водитель
переключался на верхний диапазон,
при этом включалась в большинстве
случаев сразу четвёртая
Перебрать все имеющиеся
четыре передачи при практическом вождении
было почти невозможно, хотя трансмиссия
формально считалась
Диапазон задних передач также включал две передачи и включался, как обычно, после полной остановки автомобиля.
Таким образом, для водителя езда на автомобиле с такой трансмиссией очень напоминала езду на машине с двухступенчатой АКП, с той разницей, что переключение между диапазонами происходило с нажатием сцепления.
Эта трансмиссия ставилась
с завода или была доступна как
опция на автомобилях всех подразделений
корпорации «Крайслер» сороковых —
начала пятидесятых годов. После
появления настоящей
Фактически, такая трансмиссия
стала переходным звеном от МКП к
гидродинамическим АКП и
Также в начале 1940-х годов существовала трёхступенчатая трансмиссия, обозначавшаяся Slushomatic, у которой первая передача была обычной, а вторая — объединена в единый диапазон с автоматически включающейся третьей.
Однако, первую в мире полностью автоматическую трансмиссию создала другая американская фирма — General Motors. В 1940 модельном году таковая стала доступна в виде опции на автомобилях марки Oldsmobile, немного позднее — Cadillac, впоследствии — Pontiac.
Она несла коммерческое обозначение Hydra-Matic и представляла собой комбинацию гидромуфты и трёхступенчатой планетарной коробки передач с автоматическим гидравлическим управлением. Всего ступеней переднего хода в трансмиссии в целом было четыре (плюс задний ход). Система управления трансмиссией учитывала такие факторы, как скорость автомобиля и положение дроссельной заслонки.
Трансмиссия Hydra-Matic использовалась
не только на автомобилях всех подразделений
GM, но и на автомобилях таких марок,
как Bentley, Hudson, Kaiser, Nash и Rolls-Royce, а также
некоторых моделях военной
В 1956 году GM представила
C 1948 модельного года на
автомобилях Buick (марка, принадлежащая
той же GM) стала доступна
Однако, уже в начале пятидесятых
годов появляются трёхступенчатые
автоматические трансмиссии с
В 1953 году свою двухступенчатую автоматическую трансмиссию PowerFlite представил и Chrysler. С 1956 года в дополнение к ней стала доступна трёхступенчатая TorqueFlite. Из всех ранних разработок автоматических трансмиссий, модели фирмы Chrysler нередко называют наиболее удачными и совершенными.
В середине шестидесятых годов окончательно утвердилась и (в США) была законодательно зафиксирована современная схема переключения автоматических трансмиссий — P-R-N-D-L. В прошлое ушли кнопочные переключатели диапазонов и старые образцы трансмиссий без парковочной блокировки.
К середине — концу шестидесятых
годов ранние образцы двух- и четырёхступенчатых
автоматических трансмиссий в США
уже практически повсеместно
вышли из употребления, уступая место
трёхступенчатым с
В восьмидесятые годы повышение требований к экономичности автомобилей привело к появлению (точнее, возвращению) четырёхступенчатых трансмиссий, четвертая передача в которых имела передаточное число меньше единицы («овердрайв»). Кроме того, получают распространение блокирующиеся на большой скорости гидротрансформаторы, позволяющие ощутимо повысить КПД трансмиссии за счёт снижения потерь, возникающих в её гидравлическом элементе.
В конце восьмидесятых
— девяностые годы происходит компьютеризация
систем управления двигателем. Эти
же системы, либо аналогичные им, стали
применяться и для управления
автоматическими трансмиссиями. Если
прежние системы управления использовали
лишь гидравлику и механические клапаны,
то теперь потоками жидкости управляют
соленоиды, контролируемые компьютером.
Это позволило как сделать
переключения более плавными и комфортными,
так и улучшить экономичность
за счёт повышения эффективности
работы трансмиссии. Кроме того, на
некоторых автомобилях
В 2002 году на BMW седьмой серии появляется шестиступенчатая АКП разработки ZF (ZF 6HP26).
В 2003 году Mercedes-Benz создаёт первую семиступенчатую трансмиссию 7G-Tronic.
В 2007 году Toyota представила Lexus LS460 с восьмиступенчатой АКП.
3. Основные требования, предъявляемые к автоматическим коробкам передач.
АКП должна обеспечивать:
- Оптимальные тягово-скоростные свойства и топливную экономичность автомобиля;
- Бесшумность при работе и переключении передач;
- Легкость и удобство управления;
- Высокий КПД;
- Возможность отбора мощности для привода дополнительного оборудования.
Необходимые тягово-скоростные свойства и топливная экономичность автомобиля, оптимальные для заданных условий эксплуатации, достигаются путем правильного выбора в коробке передач числа передач, диапазона передаточных чисел и соотношения (плотности ряда) передаточных чисел промежуточных передач.
Число передач в коробках
передач составляет 4…5 для легковых
автомобилей и автобусов малой
вместимости, грузовых автомобилей
малой и средней
У автомобилей-тягачей, работающих с прицепами и полуприцепами, используются многоступенчатые коробки передач, число которых может составлять 8…24.
Уровень шума, создаваемого коробкой передач при работе, зависит от качества, точности изготовления и типа зацепления шестерен. Большую часть шестерен выполняют косозубыми.
Косозубые шестерни создают меньший уровень шума. Эти шестерни обладают большой прочностью и долговечнее, чем прямозубые шестерни. Однако косозубые шестерни более сложные в изготовлении и при их работе возникают осевые силы, дополнительно нагружающие подшипники валов коробки передач.
При работе коробки передач осевая сила стремится создать момент, вызывающий перекос шестерен при недостаточной жесткости валов и увеличенных зазорах, что приводит к кромочному контакту зубьев шестерен и их поломке. Кроме того, при нарушении зацепления шестерен возникает шум при работе коробки передач.
Повышение уровня шума вызывает также недостаточная жесткость картера коробки передач. При недостаточной жесткости картер начинает резонировать, увеличивая шумность работы коробки передач. Поэтому картеры коробок передач делаются литыми из чугуна или алюминиевого сплава и выполняются с ребрами, которые обеспечивают необходимую жесткость и улучшают охлаждение коробки передач.
Легкое и удобное управление зависит от ее конструкции, способа переключения передач и конструкции привода управления, который может быть механическим, электрическим, пневматическим.
Легкость управления коробкой передач характеризуют усилие, прилагаемое к рычагу переключения передач, и сложность выполнения переключения передач.
Переключение передач должно быть простым и не требовать затраты физических усилий.
На значение КПД ступенчатой
коробки передач существенно
влияет правильный выбор кинематической
схемы коробки передач. От кинематической
схемы зависит число пар
Величина КПД также
зависит от потерь мощности на трение
в коробке передач. Эти потери
могут быть механическими и
Механические – потери на трение между зубьями шестерен, в подшипниках и манжетах, а гидравлические – потери на перемешивание масла в коробке передач. Первые зависят главным образом от качества обработки поверхностей сопрягаемых деталей, а вторые – от вязкости и уровня масла в коробке передач, а также от скорости вращения шестерен.
В конструкциях коробок передач должна быть предусмотрена возможность отбора мощности для привода дополнительного оборудования ( лебедки, насосы, подъемные механизмы и др.) на автомобилях высокой проходимости, специализированных (самосвалы, цистерны, рефрижераторы, самопогрузчики) и специальных автомобилях ( коммунальные, пожарные, автокраны и др.).
5. Результаты патентных исследований
Патентные исследования показали, что наиболее перспективными автоматическими коробками передач являются:
- Преселективная коробка передач.
- Вариаторная коробка передач.
6.Анализ рассмотренных вариантов конструкций АКП.
Преселективные коробки передач: Валы КПП с двойным сцеплением
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
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
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
- Разработка кинематической схемы АКП легкового автомобиля
малого класса с оценкой существующей кинематической схемы.
Из всех рассмотренных выше конструкций для данного прототипа более всего подходят по своим габаритам, конструкционным особенностям, следующие варианты конструкций преселективных коробок передач от автомобилей: Volkswagen Polo, Fiat Linea. Данные коробки передач используются для поперечно расположенных двигателей, и имеют схожие габаритные размеры с МКПП автомобиля-прототипа ВАЗ-2112. Данные коробки передач обеспечивают переключение передач без потери мощности, и повышают топливную экономичность автомобиля.

- Обзор аналогового вольтметра
- Обзор аппаратного обеспечения ПК
- Обзор аппаратного обеспечения ПК. Компьютерная мышь
- Обзор арбитражной практики по спорам банков
- Обзор ведущих туроператоров Испании
- Обзор возобновляемых источников энергии. Расчет коэффициента замещения органического топлива солнечной системой
- Обзор встроенных функций MS Excel
- Обжалование судебных постановлений в апелляционном порядке
- Обжалования решения налогового органа о привлечении к ответственности за совершение налогового правонарушения
- Обжиг известняка
- Обжиг, пуск и послепусковой период электролизеров РА-300
- Обжиг цинкового концентрата
- Обжиг цинковых концентратов в печах кипящего слоя
- Обзор Subaru Forester