Рассмотрим более подробно работу обгонной муфты на примере использования ее в трехскоростной коробке передач, построенной по кинематической схеме Симпсона (рис. 4-28). При всех выключенных элементах управления и неподвижном автомобиле угловые скорости звеньев коробки передач, за исключением ведущего 0, равны нулю, что отображается на плане угловых скоростей точкой А (рис. 4-28).
Рис. 4-28
В случае перевода рычага выбора диапазона в положение «3» («D») в АКПП происходит включение блокировочной муфты 5, соединяющей звенья 1 и 0, при этом, очевидно, звено 1 начинает вращаться в том же направлении, что и ведущее звено 0. Определим скорость вращения третьего звена, которое оборудовано помимо ленточного тормоза еще и обгонной муфтой, запрещающей вращение этого звена с отрицательной угловой скоростью.
Запишем уравнения кинематической связи для двух планетарных рядов, входящих в кинематическую схему коробки:
При условии, что автомобиль остается еще неподвижным (ωx=0), имеем:
откуда
Несложный анализ коэффициента, стоящего в правой части полученного равенства перед угловой скоростью звена 1, показывает, что при использовании планетарных рядов второго класса он должен быть отрицательным. Таким образом, после включения блокировочной муфты третье звено будет стремиться вращаться с отрицательной угловой скоростью, т.е. в направлении, противоположном направлению вращения ведущего звена 0. Поэтому если в качестве тормоза звена 3 использовать обгонную муфту, запрещающей вращение звена в указанном направлений, то уже в начальный момент включения блокировочной муфты 5 обгонная муфта практически мгновенно заклинится и полностью затормозит третье звено АКПП.
Свойство обгонной муфты практически мгновенно срабатывать значительно облегчает процесс управления качеством включения первой передачи, поскольку в этом случае требуется следить за качеством включения только лишь одного элемента управления (в рассматриваемом случае за включением блокировочной муфты 5). По окончании «процесса включения блокировочной муфты состояние коробки передач будет характеризоваться на плане угловых скоростей рабочей точкой В.
Определим, что будет происходить со звеном 3 при движении автомобиля накатом, когда водитель полностью отпустит педаль управления дроссельной заслонкой. В этом случае, очевидно, частота вращения двигателя и ведущего звена АКПП должны уменьшиться. При неизменном состоянии блокировочной муфты 5 (ω₁=ω0) из системы уравнений (4.1) найдем:
Анализ этого выражения показывает, что при использовании планетарных рядов второго класса первое слагаемое, стоящее в правой части равенства, величина положительная, а второе -отрицательная. При полной остановке третьего звена (ω₃=0) абсолютные величины этих двух слагаемых должны быть равными. Поэтому уменьшение абсолютной величины частоты вращения ведущего звена (0), при практически неизменной частоте вращения ведомого звена (X), звено 3 должно вращаться с положительной угловой скоростью. В этом случае обгонная муфта уже будет не в состоянии удерживать звено 3 неподвижным и оно начнет вращаться. Таким образом происходит разрыв потока мощности между двигателем и ведущими колесами и двигатель не оказывает никакого влияния на движение автомобиля.
Такие режимы удобно иметь при движении с высокой скоростью на скоростных магистралях. В городских же условиях или при движении на крутом спуске желательно использовать тормозной режим работы двигателя, для чего необходимо иметь постоянную, жесткую кинематическую связь ведомого звена (X) с ведущим звеном (0) АКПП. Для этого необходимо, чтобы звено 3 было неподвижным независимо от режима движения автомобиля, поэтому в данной кинематической схеме используется лен точный тормоз (рис. 4-28), который включается в случае установки рычага выбора диапазона либо в положение «2», либо в положение «1» («L»).
Теперь рассмотрим, что происходит с обгонной муфтой во время включения второй передачи, при условии, что рычаг выбора диапазона находится в положении «3» («D»). В соответствии с планом угловых скоростей (рис. 4-28) на второй передаче должны быть включены муфта 5 и тормоз звена 2 (рабочая точка С). При этом муфта 5 уже находится во включенном состоянии и происходит включение только ленточного тормоза звена 2. На плане угловых скоростей состояние коробки передач переход из точки В в точку С определяется отрезком ВС. Но в любой точке этого отрезка, кроме самой точки В, угловая скорость третьего звена положительна, поскольку отрезок ВС находится в той же полуплоскости по отношению к прямой 3, что и масштабная точка «е». Таким образом, в результате включения тормоза звена 2 обгонная муфта должна автоматически выключиться и дать возможность звену 3 свободно вращаться.
Как видно из плана угловых скоростей (рис. 4-28), и при включении третьей (прямой) передачи (отрезок Се). Третье звено должно вращаться с положительной угловой скоростью, что предопределяет выключенное состояние обгонной муфты.