Коробка передач с двойным сцеплением: устройство, принцип работы, особенности

Классификация синхронизаторов

Синхронизаторы классифицируются: по принципу действия – на простые и инерционные; по конструктивному исполнению – на конусные и дисковые; по принципу обслуживания передач – на индивидуальные и центральные.

Простые синхронизаторы.Они наименее сложны по конструк­ции и допускают включение передачи еще до того, как произошла полная синхронизация угловых скоростей. Простые синхрониза­торы устанавливаются, как правило, на низших передачах – чаще всего на второй. На первой передаче и заднем ходу синхро­низаторы не ставятся, так как на этих режимах машина работает очень редко, да и включаются они в основном при останове ма­шины. Применение простого синхронизатора на низших переда­чах вызвано еще и тем, что именно на этих передачах реализуются большие передаточные числа. При этом приведенные к фрик­ционным конусам синхронизатора инерционный момент, а также крутящий момент от главного фрикциона в случае его неполного выключения достигают относительно больших величин. Эти мо­менты препятствуют выравниванию угловых скоростей включае­мых деталей и тем самым значительно удлиняют процесс переклю­чения передач. В этих условиях простой синхронизатор позволяет включить передачу с неполным выравниванием. Переключение становится непродолжительным, но сопровождается появлением ударных нагрузок.

Инерционные синхронизаторы.В отличие от простого инер­ционный синхронизатор имеет специальное блокирующее устрой­ство, не позволяющее включить передачу до полного выравнива­ния угловых скоростей шестерни и вала. Инерционные синхро­низаторы устанавливаются на всех высших передачах.

Конусные и дисковые синхронизаторы.Они отличаются друг от друга исполнением фрикционного элемента. Широкое распро­странение получили конусные синхронизаторы с одной парой трения. Иногда используются многоконусные синхронизаторы, в которых синхронизирующий момент возрастает, однако их кон­струкция становится более сложной.

Дисковые синхронизаторы выполняются, как правило, много­дисковыми. Увеличение поверхностей трения используется как один из способов повышения эффективности синхронизаторов. Однако, как показывают эксперименты, синхронизирующий мо­мент не возрастает прямо пропорционально числу применяемых дисков. По мере удаления дисков от нажимных деталей их мо­мент трения падает. Неравномерность распределения давления приводит к повышенному нагреву и износу наиболее нагружен­ных дисков.

Рис. 106. Конструкция конус­ного индивидуального синхро­низатора: 1

– зубчатая муфта;2 – корпус синхронизатора;3 – пружинный фиксатор;4 – палец муфты

Эффективность синхронизаторов более рационально повышать не увеличением числа поверхности трения, а оптимальным подбором фрикцион­ных материалов, созданием благоприятных условий работы (осо­бенно хорошей организацией смазки) и применением следящего сервопри­вода. В последнем случае при малых усилиях со стороны водителя можно получить значительный синхронизи­рующий момент за счет увеличения давления на поверхностях трения.

Индивидуальный и центральный синхронизаторы.Индивидуальный служит для включения только одной передачи, центральный используется для включения нескольких передач. Первый получил повсеместное рас­пространение на транспортной тех­нике благодаря своей простоте и надежности в работе. Второй более сложен, дорогой и имеет значитель­ные габариты. Он используется в ко­робках, где включение передачи со­провождается блокированием не­скольких муфт (например, в короб­ках с разрезными валами), а также внекоторых простых коробках пере­дач с автоматическим и полуавтома­тическим приводами управления.

В отечественных гусеничных ма­шинах большое распространение по­лучили простые и инерционные инди­видуальные конусные синхрониза­торы. Один из них показан на рис. 106, а.

Он применяется для включения второй (палец4 передви­гается влево) и третьей (палец4 передвигается вправо) передач. При включении второй передачи синхронизатор работает как простой, при включении третьей – как инерционный. Блокирующее ус­тройство у последнего выполнено в виде фигурного выреза (рис. 106,б) на корпусе2 с размещенным в нем пальцем зуб­чатой муфты4. Пока не произошло выравнивания угловых ско­ростей шестерни и вала, сила от момента трения, возникающего в буксующих конусах, прижимает палец к скосу фигурного вы­реза и не позволяют ему переместиться в крайнее положение. Когда же выравнивание закончится, момент трения резко упадет и усилие водителя становится достаточным для того, чтобы от­жать корпус и переместить палец в положение, соответствующее включенной передаче.

Как оно функционирует?

Принцип работы сцепления автомобиля заключается в трении нескольких дисков. Действие данного узла заключается в плотном сжатии рабочих поверхностей маховика и прижимной поверхности корзины. Ниже мы рассмотрим этот момент более подробно.

Когда узел находится в рабочем состоянии, под действием выжимной пружины диск корзины плотно прилегает к сцеплению и прижимает его к маховику. При этом первичный вал заходит в шлицевую муфту. Далее производится передача крутящих усилий на него от диска сцепления. Когда водитель нажимает на педаль, он задействует работу выжимного подшипника. Последний нажимает на пружину. Таким образом, поверхность корзины отходит от диска сцепления. После этого первичный вал КПП прекращает свое движение.

Структура работы устройства

Главной отличительной чертой двойного сцепления от типичного является шестерня коробки, которая расположена на 2-ух валах.

Здесь вы видите схематичное изображение двойного сцепления. Фото: 900igr.net

Одно сцепление отвечает за передачу крутящего момента первому валу, второе же- за то, чтобы вращение передалось на 2- ой вал. Один вал контролирует четную передачу, а второй- за нечетную. То есть коробка передач- это комбинация 2 шестерней, способных осуществлять работу по очереди.

Каким образом осуществляется работа двойного сцепления

В случае использования простого сцепления крутящий момент и мощность частично теряется. При условии использования двойного сцепления автоматика не ждёт решения водителя переключиться на вторую передачу, а переключается автоматически. Когда приходит время переключать передачу, первый диск сцепления отключается, и происходит включение второго диска. Для переключения передач система ориентируется на сигналы, поступающие от датчиков.

Фото: nivus.ru

Виды двойного сцепления

Двойное сцепление может быть мокрым и сухим.

В мокром типе сцепления узловой элемент размещается в масляной среде, из-за чего элементы нагреваются не очень сильно. Мокрый тип сцепления желательно устанавливать в мощные и скоростные автомобили, где передается большой крутящий момент.

Мокрый тип используется в трансмиссиях, имеющих четное кол-во передач, и нуждается в наличии масла, в котором и располагается сам диск. Мокрое сцепление состоит из двух пакетов фрикционного диска, 4-ех ступиц, поршней, а также пружин.

Крутящий момент в двойном сцеплении мокрого типа передается из двигателя на КПП благодаря сжатию ведомого и ведущего диска. Фото: skoda-autos.ru

Главный недостаток двойного сцепления мокрого типа – излишняя запутанность в его структуре, а также довольно высокие цены на эксплуатацию и ремонт.

Масло для сцепления данного типа необходимо в больших количествах. Одно из главных преимуществ двойного сцепления мокрого типа – более эффективное его охлаждение. Мокрое двойное сцепление наделено гораздо большей по уровню надежностью.

Сухой тип сцепления является более простым и надёжным, нежели мокрый, благодаря отсутствию масляного насоса. Сухое сцепление имеет 1 ведущий диск. Фото: forum.zr.ru

На сегодняшний день сухое двойное сцепление — наиболее распространенное, его устанавливают практически на семьдесят процентов авто, которые оснащены данной трансмиссией.

«Мокрый» тип двойного сцепления ставится немного реже, однако он может проработать большее количество времени.

Некоторые автопроизводители могут совмещать на машинах одновременно оба варианта, например, VW, который оснащен как мокрым вариантом двойного сцепления, так и сухим вариантом.

Но отчего же мокрый тип двойного сцепления более надежный, нежели сухой? Все дело в том, что диск, который вращается в масле, в нем и охлаждается, и в связи с этим может выдерживать огромные обороты и при этом не «сгорать». А сухой тип будет вращаться в пространстве и его будут ограничивать обороты, так как от излишне высоких оборотов он вскоре начнет гореть и деформироваться.

Плюсы двойных сцеплений

• При использовании двойного сцепления в процессе движения сохраняется плавное движение машины. При переключении передачи никакие толчки и рывки не наблюдаются.
• Возможно, происходит некоторая топливная экономия. Это происходит в связи с тем, что во переключения передачи не происходит потеря мощности.
• Происходит увеличение динамики разгона машины, ибо во время передачи крутящего момента не наблюдается задержек.

Двойное сцепление более сложное, нежели обычное. В связи с этим обслуживание и ремонт этого узла довольно сложен. Фото: акппфорд.рф

Минусы двойных сцеплений

Во время езды в авто спортивного стиля с частым торможением и разгоном у водителей может возникать проблема с ощущениями машины.

Безусловный лидер в эффективном производстве авто, которые оборудованы коробками двойного сцепления – Фольксваген. С двухтысячных годов несколько моделей начали комплектоваться шестиступенчатой КПП с прямым включением двойного сцепления. Следующее поколение- семиступенчатое двойное сцепление.

Двойное сцепление может объединять все преимущества «механики», к примеру, хороший и экономный топливный расход, и «автоматики», а именно комфортный и плавный ход, однако у данной системы есть и некоторые недостатки.

Учтите, что установку двойного сцепления нельзя назвать делом дешевым, не каждый механик возьмется за данную работу. Установка обычного сцепления будет стоить гораздо дешевле.

О некоторых других особенностях двойного сцепление узнайте из этого видео:

Виды коробок, применяемых сегодня

На сегодняшний день известны следующие виды коробок: МКПП, АКПП, роботизированная коробка, КПП с двойным сцеплением, вариатор. Если про МКПП многое известно и такая коробка пока что является самой простой, то рассмотрим все остальные.

Классическая АКПП

Классическая автоматическая коробка, применяемая сегодня на многих автомобилях, отличается, без сомнений, от своих предшественников. Прежде всего, это количество диапазонов и сам принцип управления коробкой. Если ранее применялись АКПП с четырьмя передачами и меньше, то сегодня количество их увеличилось, а управление происходит за счёт электроники, хотя раньше за это отвечала гидравлика. Кроме того, практически на всех современных автомобилях, оснащённых АКПП, используется система блокировки гидротрансформатора, а в некоторых коробках даже предусмотрена функция ручного переключения диапазонов.

Понятно, что современная АКПП имеет массу преимуществ перед старыми версиями. Это и мягкое, практически не ощущаемое водителем и пассажирами, переключение передач, и неплохой расход топлива в загородном режиме езды, и более равномерный переход по передачам на любых значениях крутящего момента, что является достоинством, даже сравнивая АКПП с МКПП.

Лучшей на сегодня считается восьмидиапазонная АКПП ZF 8HP с наделённой системой Старт/Стоп. Динамика и технические составляющие лучшей АКПП в мире практически ничем не отличаются от МКПП, а в некоторых случаях даже превосходят последнюю. Если же сравнивать эту коробку с другими автоматическими коробками, то она превосходит их и расходом топлива, который на 20% ниже.

Роботизированная КПП

На видео рассказывается, что такое роботизированная коробка передач:

Почти что «механика», только робот. В такой коробке присутствуют серво- и гидроприводы, которые успешно управляют работой сцепления и переключением передач. Высокая эффективность, непосредственная передача крутящего момента к приводам колёс и многое другое — основные преимущества подобного типа коробок.

Так же, как и МКПП, эта коробка передач проста в обслуживании, а ремонт её не выше, чем у «механики». Что касается расхода топлива, то он практически равен расходу МКПП, а в условиях городской езды даже превосходит механический вариант. Только вот заторможенный переход на пониженную передачу и некоторые сложности использования такого вида коробок на автомобилях с малой мощностью двигателя портят такую идеальную статистику технических показателей.

«Автомат» — два в одном

Именно об этой коробке и пойдёт речь в нашей статье. Это своего рода комбинация двух коробок, собранная в одном корпусе. Производителям захотелось объединить преимущества «автомата» и «механики», и это им вполне удалось. Почему двойное сцепление? Потому что для каждой коробки производителем предусмотрено своё отдельное сцепление, которое может представлять собой однодисковый или многодисковый вариант.

На видео показано как работает коробка передач с двойным сцеплением DCT:

Двойной выжим сцепления на таких коробках уже не нужен. Если раньше на МКПП без синхронизаторов (или даже с ними) переключать передачи с повышенного режима на низкий или, наоборот, со 2-й на 4-ю удавалось со скрипом, то в этой коробке всё просто. Перегазовку, или двойной выжим сцепления, здесь проводить не нужно.

Что касается управления коробки с двойным сцеплением, то оно происходит полностью благодаря электронике. Переключение скоростей на такой коробке проходит плавно и своевременно. Пока работает одно сцепление, второе находится в режиме ожидания и после поступления команды незамедлительно переключается.

Такая удивительная работа КПП с двойным сцеплением превращает её в настоящее чудо техники. Если использовать весь функционал двойного сцепления, то это создаст отличную динамику автомобиля и невероятный комфорт при езде. А расход топлива такой коробки передач — это вообще отдельный разговор.

Дело в том, что во всех режимах езды, будь то загородная трасса или город, расход топлива у двойной коробки намного ниже, чем у той же АКПП. Хотя по сравнению с «роботом», эта коробка расходует больше.

Что касается недостатков и минусов коробки с двойным сцеплением, то сюда можно отнести высокую стоимость и дороговизну технического обслуживания.

Коробка-вариатор

На видео показано, как работает бесступенчатая коробка передач (вариатор):

https://www.youtube.com/watch?v=bBrVtYQ1_ik

Наконец, коробка-вариатор, являющаяся самой молодой КПП, хотя пока ещё и не доведённой до совершенства. Имеет такая коробка много недостатков, хотя эксперты и пророчат ей великое будущее. Вариатор, по сути, считается простым агрегатом, наделённым мощной функциональностью трансмиссии.

DSG-7 DQ200 с «сухими» сцеплением

Этот агрегат представили в 2006 году, когда конструктор узла в лице компании LuK заявил о начале производства 7-ступенчатого преселектива. В VAG приняли решение все малолитражные модели авто оснастить именно этой коробкой. Причин на это было немало – гораздо меньший вес агрегата в сборе (разница в 20 килограмм), способность «переваривать» 250 Нм крутящего момента. В преселективной DSG-7 DQ200 контур мехатроника и коробки не связан между собой. То есть, здесь две рабочие технические жидкости – одна циркулирует по коробке, другая по мехатронику. Вот почему в картер агрегата достаточно залить 1.7 л масла для нормальной работы. Сама коробка – чистая механика, в которой нет «мозгов». Что отличает DSG-7 DQ200 от «собрата», так это полностью другая конструкция. Здесь блок с шестеренками, вилками, дифференциалом и прочими механизмами находится в отдельности от мехатроника. Сцепление дисковое, как на механике.

Наиболее проблемное место 7-ступенчатого преселектива – мехатроник. В DSG-7 DQ200 он крепится к блоку коробки и подсоединяется через разъемы. Его поломка или окончательный выход из строя ведет к серьёзным проблемам

Внутри установлен насос и гидроаккумулятор. Рабочее давление – примерно 60 бар (для сравнения «шестерка» работает под давление 7-8 бар в сумме). Блок с помощью электронных соленоидов способен открывать, закрывать и перемещать вилки, выжимать сцепление за счет давления, сосредоточенного в гидроаккумуляторе. Основные неисправности с агрегатом возникают в тот момент, когда через отверстия или уплотнители начинает просачиваться масло. В таком случае насос начинает постоянно работать, причем на износ.

Как результат – перегревается плата, выгорает дорожка или физически ломается соленоид. Все эти проблемы свойственны исключительно DSG-7 DQ200 и никакого отношения к DSG-6 DQ250 не имеют. Еще одно отличие – «сухое» сцепление. Здесь нет как таковой масляной ванны, как в 6-ступенчатом агрегате, но это не значит, что коробка совсем не требует смазочного материала. Нет, масло следует изредка менять, хотя надежность и продолжительность работы DSG-7 DQ200 в меньше мере зависит от качества технической жидкости.

Особенности сцепления АКПП

Поскольку в народе под АКПП подразумеваются
разные типы трансмиссии (что иногда ошибочно, но название прижилось),
рассмотрим их по-очереди. Когда речь идет о роботизированной коробке, то в ней
применяется тот же механизм сведения и разведения маховика с ведомым диском,
что и в обычной “механике”. Отличие состоит лишь в работе привода.

Если в
МКПП водитель сам выжимает педаль, то с “роботом” это происходит
автоматически. Вот почему такие коробки тоже называют “автоматами”,
но на самом деле они роботизированные (РКП).

Работает система так:

1. Водитель
   жмет на педаль акселератора.
2. Обороты
   двигателя повышаются.
3. Система дает
   команду исполнительным устройствам расцепить маховик и коробку, чтобы
   переключить передачу.
4. Когда
   двигатель замедляет обороты, система работает так же, но для понижения
   передачи.

Роботизированная коробка
Сцепление для роботизированной коробки передач

Для исправной работы автоматического блока
предусмотрено два раздельных бачка с технической жидкостью. В первом меняется
масло самой трансмиссии, а во втором — масло для исполнительного механизма. На
резервуаре указан минимально допустимый уровень, за которым требуется следить.
Если обслуживание игнорировать, работа автомобиля значительно ухудшится
(начнутся проблемы с переключением, можно встать посреди перекрестка, выезжая
со второстепенной дороги и т. д.).

В случае настоящих АКПП с планетарным
механизмом, гидроблоком и гидротрансформатором, отдельного комплекта сцепления
нет. Но его роль выполняет пакет фрикционов, используемый внутри узла. Там тоже
находятся диски, трущиеся друг о друга и обеспечивающие передачу вращения от
двигателя к ходовой части. Поскольку внутри используется масло, то такое
исполнение внутри АКПП чем-то похоже на мокрый тип.

Фрикционы АКПП
Фрикционы АКПП

Здесь владельцу автомобиля важно следить за
уровнем трансмиссионной жидкости, ее цветом и запахом. Если масло мутное, не
просвечивается, сильно темное и воняет гарью, его однозначно пора менять, иначе
мусор от фрикционов попадет в гидроблок и может забить гидротрансформатор.
Обычно в большинстве АКПП масло положено менять каждые 60-80 тыс

км пробега.

Есть еще один тип коробки, который тоже
ошибочно называют “автоматическим” — вариатор (CVT). Водителю здесь
ничего переключать кулисой не требуется, поэтому третьей педали в салоне нет.
Сам узел сцепления в автомобиле бывает:

• центробежным автоматическим;
• электромагнитным с электронным
  управлением;
• многодисковым мокрого типа с
  электронным управлением.

Но
внутри вариатора нет отдельных шестерен с передаточным числом, зависящим от
диаметра шестерни и количества зубьев. Изменение скорости происходит за счет
перемещения ремня или цепи вариатора по конусному валу. Сцепление необходимо
только для включения нейтральной передачи в момент стоянки автомобиля.

Ликбез. Двойное сцепление

Владимир Заборщиков Казалось бы, конструкция автомобиля с ДВС давно устоялась. Но новинки все-таки случаются. Разберем (мысленно) одну из них

Двойное сцепление. Принцип работы Фото: Luk

Двойное сцепление. Принцип работы Фото: Luk

В последние годы трансмиссия на основе преселективной коробки передач получила широкое распространение. О подобных агрегатах мы рассказывали неоднократно. Напомним лишь, что новая коробка передач по своей сути представляет собой две традиционных (одна — для четных, другая — для нечетных передач), объединенных в корпусе. Такое техническое решение позволило вводить в зацепление шестерни следующей передачи при включенной предыдущей и практически моментально переходить на требуемую ступень без прерывания передачи крутящего момента. Понятно, что двум коробкам требуются и два сцепления, также объединенных в одном корпусе. На практике традиционную конст­рукцию КП несколько видоизменили и добавили к ней электрон­ное управление и второй независимый ведомый диск.

Система сцепления для пре­селективной коробки передач, разработанная специалистами компании LuK, используется в серийном производстве компанией Volkswagen Group. С 2008 года модели автомобилей с крутящим моментом двигателя до 250 Нм комплектуются 7-ступенчатой коробкой с «сухим» двойным сцеплением. Кроме Volkswagen, LuK поставляет системы двойного сцепления на конвейеры Renault и Ford. В 2011 г. планируется изготовить около 1 млн двойных сцеплений для первичной заводской комплектации. Мы обратились к экспертам LuK с просьбой подробнее рассказать об устройстве нового агрегата.

«Сухое двойное сцепление имеет два передаточных механизма и два сцепления. Каждое сцепление соответствует одному передаточному механизму. Они включаются поочередно при переключении передач, исключая прерывания в передаче момента.

Система двойного сцепления состоит из трех основных компонентов: двухмассового маховика DMF, непосредственно двойного сцепления и нажимной системы. Эти компоненты управляются мехатроникой коробки передач, которая включает в себя электронное и электрогидравлическое устройства управления. Мехатронный (т.е. совмещающий механику и электронику) блок управления расположен в корпусе коробки передач, состоящей из двух независимых передаточных механизмов.

Двойное сцепление. Принцип работы Фото: Luk

Во время работы блок управления оперирует следующей информацией:

— входной (для трансмиссии) скоростью вращения; — скоростью вращения обоих валов трансмиссии; — скоростью вращения колес; — положением рычага КП; — положением педали акселератора (ускорение или торможение).

Используя эту информацию, мехатроника автомобиля определяет, какой должна быть следующая передача, и включает ее с помощью актуатора коробки передач и нажимных рычагов.

Два рабочих цилиндра, по одному на каждый нажимной рычаг, включают и выключают оба сцепления. Система настроена так, что оба сцепления выключены, когда двигатель выключен или работает на холостом ходу. Сцепление включается только тогда, когда нажат нажимной рычаг. Во время работы одно сцепление всегда включено, обеспечивая постоянную передачу крутящего момента через один из наборов зубчатых передач. Следующая передача уже заранее выбрана другим набором зубчатых передач, а соответствующее сцепление разъединено. Для переключения передачи одно сцепление выключается, а второе одновременно включается. Момент теперь идет через выбранную передачу. Таким образом, переключение передач происходит без прерывания тяги.

Оба набора зубчатых колес 7-ступенчатой коробки с двойным сцеплением работают аналогично механической коробке. Каждый набор колес связан только с одним сцеплением. Оба сцепления расположены на двух вложенных один в другой валах — внешний полый и внутренний сплошной — вращающихся независимо друг от друга. При этом первая, третья, пятая и седьмая передачи включаются первым сцеплением, момент передается в коробку передач по сплошному валу. Вторая, четвертая, шестая и задняя передача включаются вторым сцеплением, момент передается в коробку передач по полому валу».

Новости СМИ2