Уплотнения для автоматических коробок передач

В настоящее время в трансмиссиях с АКПП используются три типа уплотнений: резиновые, металлические и тефлоновые. Из резины изготавливаются уплотнительные кольца с круглым и квадратным поперечным сечением и манжетные уплотнения, а из металла и тефлона изготавливаются разрезные уплотнительные кольца и кольца со специальным замком.

Статические и динамические уплотнения

Все уплотнения разделяются на два типа: статические и динамические. Статические уплотнения используются для герметизации соединения двух неподвижных относительно друг друга деталей. Эти уплотнения весьма чувствительны даже к небольшому относительному движению, в результате которого они могут оказаться поврежденными, и в этом месте возникнет утечка.

Динамические уплотнения устанавливаются между движущимися относительно друг друга деталями. Динамические уплотнения используются в тех случаях, когда имеется относительное осевое или вращательное движение деталей.

Резиновые уплотнения

В трансмиссиях с АКПП ранних разработок использовалось достаточно малое количество резиновых уплотнений, но в дальнейшем с развитием технологий производства маслостойких резин разработчики стали активно использовать в своих конструкциях такие уплотнения. В современных АКПП резиновые уплотнения устанавливаются более чем в 20 местах.



Резина, используемая для изготовления уплотнений, должна отвечать трем основным требованиям:

• обладать высокой износостойкостью;
• быть маслостойкой;
• иметь хорошую эластичность и обеспечивать герметичность уплотнения в широких пределах изменения рабочей температуры.

Уплотнения с низкой износостойкостью быстро изнашиваются, особенно в тех случаях, когда по какой-либо причине им приходится работать в условиях масляного голодания, т.е. практически всухую. Если резина несовместима с маслом для АКПП, то она становится мягкой, раздувается, и уплотнение, изготовленное из такой резины, быстро выходит из строя. Некоторые сорта резины при работе в условиях низких температур становятся ломким и растрескиваются. Другие сорта при эксплуатации в условиях высоких температур становятся слишком мягкими, и уплотнение начинает пропускать масло.

Все перечисленные выше обстоятельства приводят к тому, что уплотнение начинает терять свои свойства и как внутри, так и с внешней стороны АКПП, появляются непредусмотренные утечки масла, которые могут приводить к падению давления в различных контурах системы управления, плохому качеству переключения передач и т.п.

Состав резины, используемой для производства уплотнений

Резина, изготовленная из естественного каучука, не отвечает тем требованиям, которые были перечислены выше. Поэтому в современных трансмиссиях с АКПП используются уплотнения, изготовленные из искусственной резины, свойства которой наиболее отвечают предъявляемым к ней требованиям. В настоящее время разработаны такие сорта резины, уплотнения из которых превышают срок службы самих АКПП. Такой прогресс увеличения ресурса уплотнений является прежде всего результатом многочисленных исследований в области синтеза состава резины.



Первоначально резиновые уплотнения изготавливались из искусственной резины, называемой неопреном. По сравнению с резиной из естественного каучука неопрен был менее ломок, обладал лучшей маслостойкостью и сохранял свои свойства в более широком диапазоне рабочих температур. Однако неопрен значительно уступает современным сортам искусственной резины, из которых изготовляются теперь уплотнения.

Искусственные резины, используемые в трансмиссиях с АКПП, можно разделить на четыре сорта:

• нитриловые;
• полиакриловые;
• кремнийорганические;
• фторэластомеровые.

Нитриловая резина

Нитриловая резина обладает хорошей износостойкостью и маслостойкостью. Кроме того, она хорошо сохраняет свои свойства при температуре от -54 до +107°C (см. рис. 8-4).



Нитриловая резина может длительное время работать в условиях высоких температур, но работа при низких температурах приводит к быстрой потере ею своих свойств. Уплотнения из нитриловой резины обычно имеют черный или серо-черный цвет.



Нитриловая резина по отношению к другим сортам имеет самую низкую стоимость (см. рис. 8-4), но из-за плохой работоспособности при низких температурах уплотнения из такой резины используются в трансмиссиях с АКПП все реже, уступая место уплотнениям, изготовленным из более совершенных сортов резины.

Полиакриловая резина

Полиакриловая резина обладает средней износостойкостью, но имеет при этом высокую маслостойкость. Преимущество полиакриловой резины по сравнению с нитриловой состоит в том, что она лучше работает при высоких температурах и имеет более высокое значение предельно допустимой рабочей температуры (177°C) (см. рис. 8-4). Так же как и нитриловая резина, полиакриловая резина имеет черный или серо-черный цвет.

Стоимость полиакриловой резины несколько превышает стоимость нитриловой (см. рис. 8-4), и, кроме того, она также не совсем хорошо работает в условиях низких температур. Однако, несмотря на указанные недостатки, уплотнения из полиакриловой резины достаточно широко используются в трансмиссиях с АКПП, особенно для герметизации насоса и поршней гидроцилиндров и гидроаккумуляторов.

Кремнеорганическая резина

Она относится к мягким сортам резины, которые имеют относительно низкую износостойкость, обладая при этом высокой маслостойкостью. Основное преимущество кремнийорганической резины состоит в том, что она способна работать в достаточно большом диапазоне рабочих температур от -62 до +177°C (см. рис. 8-4). Кремнийорганическая резина обычно имеет красный или оранжевый цвет, но иногда бывает серого или синего цвета.



К недостаткам кремнийорганичёской резины следует отнести ее более высокую стоимость, низкую стойкость к некоторым сортам масла и относительную мягкость. Последнее обстоятельство является причиной недостаточной износостойкости уплотнений, изготовленных из кремнийорганической резины. В трансмиссиях с АКПП кремнийорганическая резина используется, как правило, для герметизации масляного насоса.

Фторэластомеровая резина

Эта резина имеет хорошую маслостойкость и износостойкость. Кроме того, эта резина сохраняет свои свойства в очень широком диапазоне температур от -40 до +316°C (см. рис. 8-4). Фторэластомеровая резина обычно имеет коричневый или черный цвет, но может также быть синего или зеленого цвета.

Главный недостаток фторэластомеровой резины - ее высокая стоимость по сравнению со всеми другими сортами резины (см. рис. 8-4). Из-за этого использование уплотнений из фторэластомеровой резины ограничивается только несколькими моделями трансмиссий. Причем следует отметить, что замена в этих моделях уплотнений из фторэластомеровой резины на уплотнения, изготовленные из другой резины, не рекомендуется.

Типы уплотнений из резины

В настоящее время в трансмиссиях с АКПП можно встретить три типа резиновых уплотнений:

• уплотнительные кольца с квадратным поперечным сечением (square-cut) (рис. 8-5,а);
• уплотнительные кольца с круглым поперечным сечением (O-ring) (рис. 8-5,б);
• уплотнения с выступом (Lip) (рис. 8-5,в).

Уплотнительные кольца с квадратным поперечным сечением

Уплотнительные кольца с квадратным поперечным сечением (рис. 8-6) используются как в качестве динамических, так и статических уплотнений. Эти уплотнения изготавливают из резиновых труб, которые с помощью токарного станка разрезаются на отдельные кольца.



В качестве динамических уплотнительные кольца с квадратным сечением используются в поршнях гидроцилиндров и гидроаккумуляторах. Внешний диаметр этих уплотнений должен быть таким, чтобы при установке в цилиндрическую расточку происходило распирание кольца в канавке (рис. 8-7). Сила упругости сжатого кольца обеспечивает прижатие его внешней поверхности к цилиндрической поверхности расточки, а его внутренней поверхности - к основанию канавки поршня.





На рис. 8-8 показана установка типового уплотнительного кольца в поршне гидроцилиндра. Обратите внимание на то, что при сжатии уплотнение прижимается к поверхности расточки и основанию канавки. Давление масла дополнительно прижимает уплотнительное кольцо к боковой стенке канавки. В результате такие уплотнительные кольца способны удерживать очень высокое давление. Причем они обладают двусторонней герметизирующей способностью (рис. 8-9).





Уплотнительные кольца с прямоугольным поперечным сечением не могут обеспечить герметичность соединения в случае вращательного движения. Вращательное движение вызовет скручивание уплотнения, в результате чего оно быстро выйдет из строя.

Уплотнительные кольца с круглым поперечным сечением

Уплотнительные кольца с круглым поперечным сечением (рис. 8-10) так же, как и уплотнительные кольца с квадратным поперечным сечением, устанавливаются в канавку и за счет упругой деформации обеспечивают герметичность двух сопрягаемых деталей (рис. 8-11).







Такие кольца используются для уплотнения неподвижного соединения сопрягаемых деталей (валов, цилиндров, модуляторов, крышек гидроцилиндров ленточных тормозов, гидроаккумуляторов и т.п.). В случае подвижного соединения уплотнительные кольца с круглым поперечным сечением можно использовать только при небольших осевых перемещениях (например, в поршне гидроцилиндра ленточного тормоза), но их нельзя использовать в случае вращательного движения. В случае больших осевых перемещений поршня уплотнение будет скручиваться, может оказаться поврежденным и станет неспособным выполнять свои функции.

Уплотнения с выступом

Уплотнения с выступом так же, как и уплотнительные кольца с круглым и прямоугольным сечением, изготавливаются из искусственной резины. Они относятся к динамическому типу уплотнений и используются для герметизации вращающихся валов и поступательно движущихся поршней. Этот тип уплотнения называется радиальным манжетным уплотнением.

Уплотнения с выступом, предназначенные для уплотнения вращающихся валов, имеют металлический каркас (рис. 8-12), благодаря которому они могут плотно устанавливаться в специально подготовленном отверстии картера трансмиссии. Резиновая часть уплотнения привулканизирована к металлическому каркасу. Кроме того, внутри резиновой части уплотнения расположена прижимная пружина, имеющая форму замкнутого кольца, назначение которой прижимать выступ к вращающемуся валу. Правда, следует отметить, что в некоторых случаях в уплотнении может отсутствовать прижимная пружина.



Радиальные манжетные уплотнения используются для герметизации входного и выходного валов АКПП, а также в гидротрансформаторе для уплотнения вала турбинного колеса. Их основное назначение - предотвращение вытекания масла из картера трансмиссии и попадания в него грязи.

радиальные манжетные уплотнения не предназначены для работы в условиях высокого давления, величина максимального давления, при котором они могут нормально работать, не должна превышать 103 кПа.

Уплотнения с выступом, используемые для герметизации поршней сервоприводов (рис. 8-13), в отличие от манжетных радиальных уплотнений способны удерживать достаточно высокое давление.



Принцип работы такого типа уплотнений заключается в упругой деформации выступа. Выступ, диаметр которого должен быть больше диаметра расточки цилиндра, при установке отклоняется и за счет упругой деформации плотно прижимается к цилиндрической поверхности, обеспечивая тем самым качественное уплотнение. Кроме того, в случае использования такого уплотнения в поршне давление масла, подаваемое в бустер, дополнительно прижимает выступ к поверхности отверстия. Выступ уплотнения легко скользит nq диаметру расточки, что позволяет поршню перемещаться в любом направлении.

Металлические уплотнительные кольца

Металлические уплотнительные кольца обычно изготавливают из стали, чугуна, бронзы или, в редких случаях, из алюминия (рис. 8-14). Они должны быть достаточно мягкими, чтобы обладать хорошими уплотнительными свойствами, и в то же время достаточно прочными, чтобы выдерживать напряжения, возникающие в них во время работы. Металлические уплотнительные кольца используются для уплотнения вращающихся деталей' (рис. 8-15) и устанавливаются в тех местах, где через уплотнения допустимы некоторые утечки. Наличие таких утечек позволяет обеспечить смазку подшипников и втулок.





Хотя такие уплотнения предназначены прежде всего для герметизации вращающихся деталей, но иногда их используют и для герметизации совершающих возвратно-поступательное движение поршней гидроцилиндров и гидроаккумуляторов.

Металлические кольца могут также использоваться для уплотнения неподвижных соединений, однако такое их применение в АКПП весьма ограничено.

Металлические уплотнительные кольца по форме аналогичны поршневым кольцам двигателя. Чугунные кольца изготавливают из той же самой марки чугуна, что и поршневые кольца, и покрывают никелем, хромом или оловом. Алюминиевые кольца, которые используются, например, в скоростном регуляторе трансмиссии фирмы Ford AXOD, покрыты тефлоном.

Уплотнительный эффект металлического кольца достигается за счет прижатия давлением масла к стенке канавки и цилиндрической поверхности отверстия (рис. 8-16).



Металлические уплотнительные кольца имеют два типа соединения их двух концов: торцевое (см. рис. 8-14,а) и замковое (см. рис. 8-14,б). Торцевое соединение используется в тех случаях, когда через уплотнительное кольцо допустима небольшая утечка, используемая, например, в некоторых в случаях для смазки какого-либо элемента АКПП. Металлические уплотнительные кольца с замковым соединением используются в тех случаях, когда утечка масла через кольцо не желательна.

Уплотнительные кольца из тефлона

Такие кольца в современных трансмиссиях все больше и больше вытесняют металлические уплотнительные кольца. Тефлон - мягкий, износостойкий материал, обладающий высокой термостойкостью. Уплотнительные кольца из тефлона обеспечивают хорошую герметизацию, уменьшают износ вращающихся деталей. Их стоимость ниже стоимости металлических уплотнительных колец.

Тефлон гибок, и может адаптироваться практически к любой форме отверстия, что невозможно для металлических колец. Однако этот материал очень чувствителен к зазубринам, царапинам и попаданию в него металлических частиц.

Тефлоновые уплотнительные кольца изготавливаются либо с косым разрезом (рис. 8-17), либо неразрезными. Следует отметить, что неразрезные тефлоновые кольца, по сравнению с резиновыми и металлическими, способны обеспечивать гораздо лучшую герметизацию сопрягаемых деталей.

Уплотнительные кольца из веспела (Vespel)

Впервые уплотнительные кольца из веспела были использованы фирмой GMC в трансмиссиях 4Т60, 4Т60-Е и 4Т80-Е. Веспел - синтетический материал, прочность которого сравнима с прочностью твердых пластиков, но в то же время он достаточно эластичен. Поэтому уплотнительные кольца из веспела имеют превосходные износостойкие и уплотнительные качества.

Кольца из веспела состоят из двух частей: резинового кольца со специальным профилем поперечного сечения и кольца, изготовленного из веспела. Кольцо имеет ступенчатый разрез и две петли, необходимые для нормальной установки уплотнения в канавку (рис. 8-18).