Введение
Автоматическая коробка передач Hydramatic (также известная как Hydra Matic) — это автоматическая коробка передач, разработанная подразделениями General Motors Cadillac и Oldsmobile. Впервые представленная в 1939 году для автомобилей 1940 модельного года, Hydramatic стала первой массово производимой полностью автоматической коробкой передач, разработанной для использования в легковых автомобилях.
Hydramatic (also known as Hydra Matic) is an automatic transmission developed by both General Motors' Cadillac and Oldsmobile divisions. Introduced in 1939 for the 1940 model year vehicles, the Hydramatic was the first mass produced fully automatic transmission developed for passenger automobile use.
Дизайн
Гидраматик использовал двухэлементную гидромуфту (а не гидротрансформатор, который имеет как минимум три элемента – насос, турбину и реактор, хотя Roto Hydra Matic имеет гидромуфту и фиксированный реактор) и три планетарных редуктора, обеспечивающих четыре передачи вперед и одну назад. Стандартные передаточные числа для оригинального Hydra Matic составляли 3,82:1, 2,63:1, 1,45:1 и 1,00:1 для автомобилей, и 4,08:1, 2,63:1, 1,55:1 и 1,00:1 для легких грузовиков и другой коммерческой техники. Hydra Matic с контролируемой муфтой использовал передаточные числа 3,97:1, 2,55:1, 1,55:1 и 1,00:1. Roto Hydramatic 375 – трехступенчатая четырехдиапазонная автоматическая коробка передач с передаточными числами 3,56:1, 2,93:1, 1,56:1 и 1,00:1. Roto Hydramatic 240 – трехступенчатая автоматическая коробка передач с четырьмя диапазонами и передаточными числами 3,64:1, 3,03:1, 1,57:1 и 1,00:1. Гидраматик был оснащен двумя насосами для создания давления в гидравлической системе управления и смазки внутренних компонентов. Передний насос был насосом переменной производительности, приводимым в действие от корпуса гидромуфты, что означало, что давление масла было доступно сразу после запуска двигателя. Относительно постоянное давление поддерживалось перемещением ползуна внутри насоса, что изменяло производительность насоса и, следовательно, объем подаваемого масла. Задний насос был нерегулируемым шестеренчатым насосом, приводимым в действие от выходного вала трансмиссии, что позволяло ему создавать давление в трансмиссии, когда автомобиль находился в движении. Эта функция позволяла запустить автомобиль с севшим аккумулятором, если автомобиль можно было разогнать хотя бы до определенной скорости. На более высоких скоростях задний насос обеспечивал весь необходимый объем масла для работы трансмиссии, а ползун переднего насоса почти центрировался, в результате чего насос производил небольшую мощность. В первой передаче поток мощности проходил через передний планетарный редуктор (с понижением 1,45:1 или 1,55:1, в зависимости от модели), затем через гидромуфту, затем через задний редуктор (с понижением 2,63:1) и через заднюю передачу (обычно заблокированную) к выходному валу. То есть, входной тор гидромуфты вращался медленнее двигателя из-за понижения переднего редуктора. Это обеспечивало исключительно плавный старт благодаря относительно большому скольжению, первоначально возникающему в гидромуфте. Это скольжение быстро уменьшалось по мере увеличения оборотов двигателя. При переключении на вторую передачу передний редуктор блокировался, а входной тор начал вращаться с оборотами двигателя. Это имело желаемый эффект "подтяжки" муфты и уменьшения скольжения, но, к сожалению, также приводило к несколько резкому переключению. Не редкостью было, чтобы автомобиль рывком трогался с места при переключении с первой на вторую передачу, особенно при полностью открытой дроссельной заслонке. При переключении на третью передачу передний редуктор снова переходил в режим понижения, а задний редуктор блокировался. Благодаря конструкции заднего редуктора муфта перешла от передачи 100% крутящего момента двигателя к примерно 40%, а остаток передавался исключительно через редуктор. Это значительно уменьшило скольжение, что было слышно по существенному снижению оборотов двигателя при переключении. Переключение с третьей на четвертую передачу блокировало передний редуктор, обеспечивая передаточное число 1,00:1. Гидромуфта теперь передавала только около 25% крутящего момента двигателя, уменьшая скольжение до пренебрежимо малого значения. В результате была достигнута замечательно эффективная передача мощности на шоссейных скоростях, чего нельзя было достичь с автоматическими коробками передач, оснащенными гидротрансформатором, без преимущества муфты гидротрансформатора. Многие Гидраматики плохо выполняли переключение со второй на третью передачу, поскольку переключение включало одновременную работу двух лент и двух муфт. Точная координация этих компонентов была трудна для достижения даже в новых трансмиссиях. По мере старения уплотнений трансмиссии и других эластомеров характеристики гидравлического управления менялись, и переключение со второй на третью передачу вызывало либо кратковременную вспышку (внезапное увеличение оборотов двигателя), либо блокировку (короткий период, когда трансмиссия находится в двух передачах одновременно), что часто приводило к поломке передней ленты. Большая часть трудностей при выполнении "чистого" переключения со второй на третью или с третьей на вторую передачу в любом чугунном Гидраматике заключалась в изменении эластичности управляющих пружин в корпусах клапанов. Даже температура окружающей среды влияла на эту переменную, поэтому Гидраматик, который идеально переключался летом, обычно демонстрировал "вспышку" при переключении со второй на третью передачу в холодном состоянии. Еще одной давней жалобой водителей была "вспышка" при попытке переключиться с третьей на вторую передачу при повороте, что обычно приводило к резкому рывку при включении ленты. С 1939 по 1950 год обратный якорь использовался для блокировки кольцевой шестерни обратной передачи, зацепляясь с внешними зубьями, обработанными на этой шестерне. Начиная с 1951 года, конусная муфта выполняла ту же функцию при наличии давления масла, а пружинный парковочный фиксатор позволял блокировать ту же кольцевую шестерню при отсутствии давления масла. Это работало лучше, поскольку якорь не заклинивал внешние зубья, если кольцевая шестерня вращалась (то есть, если двигатель заглох при включенной задней передаче). Задний ход достигался путем передачи крутящего момента от переднего редуктора (лента включена, понижение) через гидромуфту к солнечному колесу заднего редуктора. Планетарный носитель этого редуктора был соединен шлицами с планетарным носителем обратной передачи. На конце ступицы кольцевой шестерни заднего редуктора была обработана небольшая шестерня, которая служила солнечным колесом обратной передачи. Поскольку лента заднего редуктора не включалась для заднего хода, задний и обратный редукторы соединялись, заставляя объединенные планетарные носители вращаться в направлении, противоположном входному крутящему моменту, и с еще более низкой скоростью. Выходной вал был обработан на планетарных носителях заднего и обратного редукторов. Выключение двигателя приводило к быстрому рассеиванию давления масла в трансмиссии. Если селекторный рычаг находился в положении задней передачи или был переведен в заднюю передачу после остановки двигателя, два механических элемента объединялись для обеспечения стояночного тормоза. Кольцевая шестерня обратной передачи удерживалась неподвижно обратным якорем. Драйвшафт все еще мог вращаться, заставляя солнечное колесо обратной передачи и прикрепленную к нему кольцевую шестерню заднего редуктора вращаться с очень высокой скоростью, если бы не тот факт, что лента кольцевой шестерни заднего редуктора теперь была прижата тяжелой пружиной. Обычно ленты включаются сервоприводом и освобождаются пружинным давлением, но в этом случае лента удерживалась сервоприводом и включалась пружинным давлением (фактически, когда двигатель работал, лента включалась комбинацией пружинного давления, усиленного давлением масла). С выключенным двигателем этот тормозной ремень, действующий на кольцевую шестерню заднего редуктора, имел огромное механическое преимущество. Поскольку кольцевая шестерня заднего редуктора с прикрепленным к ней солнечным колесом обратной передачи и кольцевая шестерня обратной передачи были заблокированы к корпусу трансмиссии, планетарные носители и драйвшафт не могли вращаться. Таким образом, он обеспечивал эффективный стояночный тормоз, установленный на драйвшафте, который можно использовать отдельно или в дополнение к ручному тормозу. Первая генерация Гидраматика (а не версия с контролируемой муфтой, которая сменила ее в 1956 году) не имела отдельного положения "Park", как в современных автоматических трансмиссиях. Водителю приходилось выключать двигатель, а затем переводить трансмиссию в заднюю передачу, чтобы заблокировать трансмиссию и предотвратить движение автомобиля. Кроме того, оригинальный Гидраматик требовал периодической регулировки лент в качестве обычной процедуры технического обслуживания, которой не было в более поздних версиях. Ранние модели Oldsmobile 1940 года с Hydra Matic Drive можно было запустить с селектором трансмиссии в любом положении. Затем автомобиль начинал двигаться, если только рычаг трансмиссии не был оставлен в положении N (нейтраль). Полностью чугунный Гидраматик был самой тяжелой автоматической трансмиссией, когда-либо производившейся для автомобилей. Самой тяжелой из них была версия Truck Hydra Matic, предлагаемая GM Truck and Coach Division в своей линейке легких и среднетоннажных грузовиков и обычных автобусов, а также с i...
The Hydramatic was fitted with two pumps to pressurize its hydraulic control system and provide lubrication of internal components. The front pump was a variable displacement vane unit driven from the fluid coupling housing, which meant oil pressure would be available immediately upon starting the engine. Relatively constant pressure was maintained by moving a slide inside the pump, which had the effect of changing the pump's displacement and therefore the volume of oil being delivered. The rear pump was an unregulated gear pump driven from the transmission output shaft, which meant it was capable of pressurizing the transmission if the vehicle was in motion. This feature made it possible to push start a vehicle with a dead battery if the vehicle could be accelerated to at least At higher speeds, the rear pump provided all the oil volume that was needed to operate the transmission and the front pump's slide was nearly centered, causing that pump to produce little output. In first gear, power flow was through the forward planetary gear assembly (either 1.45:1 or 1.55:1 reduction, depending on the model), then the fluid coupling, followed by the rear gear assembly (2.63:1 reduction) and through the reverse gear assembly (normally locked) to the output shaft. That is, the input torus of the fluid coupling ran at a slower speed than the engine, due to the reduction of the forward gear assembly. This produced an exceptionally smooth startup because of the relatively large amount of slippage initially produced in the fluid coupling. This slippage quickly diminished as engine RPM increased. When the transmission upshifted to second gear, the forward gear assembly locked and the input torus now ran at engine speed. This had the desirable effect of "tightening" the coupling and reducing slippage, but unfortunately also produced a somewhat abrupt shift. It wasn't at all uncommon for the vehicle to lurch forward during the 1 2 shift, especially when the throttle was wide open. Upon shifting to third, the forward gear assembly went back into reduction, and the rear gear assembly locked. Due to the manner in which the rear gear assembly was arranged, the coupling went from handling 100 percent of the engine torque to about 40 percent, with the balance being handled solely by the gear train. This greatly reduced slippage, which was audible by the substantial reduction that occurred in the engine RPM when the shift occurred. The shift from third to fourth gear locked the forward gear assembly, producing 1.00:1 transmission. The fluid coupling now only handled about 25 percent of the engine torque, reducing slippage to a negligible amount. The result was a remarkably efficient level of power transfer at highway speeds, something that torque converter equipped automatics could not achieve without the benefit of a converter clutch. Many Hydramatics did not execute the 2 3 shift very well, as the shift involved the simultaneous operation of two bands and two clutches. Accurate coordination of these components was difficult to achieve, even in new transmissions. As the transmission's seals and other elastomers aged, the hydraulic control characteristics changed and the 2 3 shift would either cause a momentary flare (sudden increase in engine speed) or tie up (a short period where the transmission is in two gears simultaneously), the latter often contributing to the failure of the front band. Much of the difficulty in staging a "clean" 2 3 or 3 2 shift in any cast iron Hydramatic was the changing elasticity of the governing springs in the valve bodies. Even ambient temperature would affect this variable, so that a Hydramatic that would shift perfectly on a summer's day would usually exhibit 2 3 "flare" when cold. Another long standing driver complaint would be "flare" when trying to get a "3 2" downshift when going around a corner, which usually resulted in a neck snapping jolt upon band application. From 1939 1950, the reverse anchor was used to lock the reverse unit ring gear from turning by engaging external teeth machined into that ring gear. From 1951 on, a cone clutch did the same thing when oil pressure was up, and a spring loaded parking pawl was allowed to lock the same ring gear in the absence of oil pressure. This worked better as the anchor would not grind on the external teeth if that ring gear were turning (that is unless the engine stalled as reverse was engaged). The reverse was obtained by applying torque from the front unit (band on, in reduction) through the fluid coupling to the rear unit sun gear. The planet carrier of this gearset was splined to the planet carrier of the reverse unit. The rear unit ring gear hub had a small gear machined on its end which served as the reverse unit sun gear. Because the rear unit band was not applied for reverse, the rear unit and reverse unit compounded causing the combined planet carriers to rotate opposite to the input torque and at a further reduced speed. The output shaft was machined onto the rear unit and reverse unit planet carriers. Shutting off the engine caused the transmission oil pressure to rapidly dissipate. If the selector lever was in reverse or moved to reverse after the engine stopped, two mechanical parts combined to provide a parking brake. The reverse unit ring gear was held stationary by the reverse anchor. The driveshaft could still turn to cause the reverse unit sun gear and attached rear unit ring gear to rotate at a very high speed, were it not for the fact that the rear unit ring gear band was now applied by a heavy spring. Usually, bands are applied by a servo and released by spring pressure, but in this case, the band was held off by the servo and applied by spring pressure (actually, when the engine was running, the band was applied by a combination of spring pressure assisted by oil pressure). With the engine off, this brake band acting on the rear unit ring gear had a tremendous mechanical advantage. Since the rear unit ring gear with its attached reverse unit sun gear and the reverse unit ring gear were both locked to the transmission case, the planet carriers and driveshaft could not turn. As such, it provided an effective driveshaft mounted parking brake to be used alone or supplementing the hand brake. The first generation Hydramatic (not the Controlled Coupling version that succeeded it in 1956) did not have a separate park position as found in modern automatic transmissions. The driver had to shut off the engine and then place the transmission in reverse in order to lock the driveline to prevent the car from moving. Also, the original Hydramatic required periodic band adjustments as a routine maintenance item that later versions did not. Early 1940 model Oldsmobiles with Hydra Matic Drive could be started with the transmission selector lever in any position. The car would then start to move unless the transmission lever had been left in N, neutral. The all cast iron Hydramatic was the heaviest automatic transmission ever produced for automobiles. The heaviest of them all was the Truck Hydra Matic version offered by GM Truck and Coach Division in its line of light and medium duty trucks and conventional buses, as well as with its transverse mounted gas L6 engined transit buses produced until 1963. That particular version weighed in at an incredible 655 pounds when equipped with the angle drive for the transit bus application, while the ¾ ton and up pickup truck model (HM270) still tipped the scale at a solid 435 pounds. When coupled to GMC's heavy V6 powerplant of 1960 1962, the powertrain weight was not too much lighter than the weight of the entire body of a ¾ ton P 2500 model pickup truck. Even its successor, the Controlled Coupling Hydramatic was reviled by shop mechanics having to remove or reinstall such a unit, as they, too, were quite heavy when compared to other contemporary units. In the end, the true Hydramatic was rendered obsolete because of its cost, both in raw materials used as well as the machining needed. The successor, Turbo Hydramatic, was a much simpler, lighter, and cheaper, if less efficient, transmission.