Ступенчатые коробки передач и раздаточные коробки

• -момент, рассчитанный по моменту , действующему на первичном валу;
• момент, рассчитанный по сцеплению колес с дорогой, (см. тему 2);

 Допускаемые напряжения рассчитывают (как в курсе ДМ) по эквивалентному числу циклов (см.2.3).

 Модуль  зубчатой передачи определяют по условию прочности от действия переменных напряжений

 

;                 (4.7)

   ;  = 4,4...7,0 – для прямозубых зубчатых колес; = 7...8,6 – для косозубых зубчатых колес.

 На  прочность по напряжениям изгиба зубья проверяют по напряжениям

 

.                   (4.8) 

   Валы  и подшипники коробок  передач.

    Валы изготавливают из тех же сталей, что и зубчатые колеса. Их рассчитывают на прочность и жесткость (как в ДМ). Предварительно наибольший диаметр вала определяют по эмпирической формуле: - для первичного и промежуточного; - для вторичного; - длина вала. Углы наклона сечений 0,002рад; прогибы

    Подшипники рассчитывают как в ДМ. Нагрузки выбирают как при расчете зубчатых передач. Частоту вращения принимают: . - частота вращения при средней скорости автомобиля; - коэффициент пробега.

ЛЕКЦИЯ 14:

   4..2.4. Элементы управления коробкой передач. Автоматизация управления ступенчатыми коробками передач

   Механизмы переключения передач

   1) По принципу действия делят  на:

• механические;
• гидравлические;
• пневматические;
• электрические

          2) Переключение передач может  быть:

• избирательным, когда передачи включают в любой последовательности
• неизбирательными, т.е. с переходом через промежуточные передачи.

      Автоматическое  управление (см. классификацию по способам управления) применяют обычно в гидромеханических передачах. Оно обеспечивает высокую экономичность и хорошую динамику при разгоне.

Момент переключения передач определется:

1. Скоростью движения автомобиля.
2. Нагрузкой двигателя.

При этом обеспечивается запас по переключению, исключающий переключение передач  при небольших изменениях скорости и сопротивления движения.

В полуавтоматическом режиме управления для упрощения и снижения стоимости конструкции часто используемые передачи переключает автомат, а реже используемые - водитель, через командное управление. Командное управление облегчает работу водителя; в этом случае водитель дает команду к переключению, нажимая на соответствующую кнопку командного управления и через посторонний источник энергии (гидронасос, электродвигатель и т.п.) переключают передачи.

    При преселекторном управлении водитель предварительно выбирает передачу. Однако передача включается только после дополнительного нажатия на специальную педаль, которая может быть совмещена с педалью сцепления.

    При непосредственном (ручном) управлении рычаг устанавливают на коробке передач. Это самый простой вариант, однако он возможен только при расположении коробки передач вблизи сиденья водителя. Если коробка передач удалена от сиденья водителя, то применяют дистанционное управление с использованием рычажной системы. В дистанционном приводе имеются зазоры, усложняющие управление коробкой передач и повышающие вероятность возникновения вибрации деталей привода. Для уменьшения зазоров применяют подпружинивание.

Для переключения передач в существующих коробках передач применяют

1. подвижные зубчатые колеса (блоки),
2. зубчатые муфты
3. фрикционные муфты.

 Переключение  подвижными блоками приводит к увеличению хода переключения, особенно в коробках с широкими колесами, и динамических (ударных) сил в момент включения. Поэтому их применяли ранее на низшей ступени, сейчас на прямых передачах они почти не применяются.

 Основной  способ переключения - с помощью  зубчатых муфт. Для исключения ударных нагрузок обычно предварительно с помощью синхронизаторов выравнивают скорости вращения соединяемых полумуфт. Однако в многоступенчатых коробках передач в настоящее время применяют и зубчатые муфты без синхронизаторов. Отказ от синхронизаторов и возвращение к менее совершенному способу переключения передач продиктован стремлением создать сравнительно простую конструкцию трансмиссии, уменьшить ее длину, массу и стоимость. Возможность применения обычных зубчатых муфт в многоступенчатых коробках передач обусловливается малыми отношениями передаточных чисел на смежных ступенях, что позволяет уменьшить разность угловых скоростей соединяемых инерционных масс.

    Для удобства управления величины исполнительных ходов рычага управления при включении  разных передач должны быть примерно одинаковыми. Поэтому применяют  дополнительный рычаг, расположенный  между ползуном и вилкой или основным рычагом и вильчатой втулкой. Для обеспечения четкого фиксирования положения включенной передачи применяют фиксаторы; для предотвращения одновременного включения двух передач – блокирующие устройства, состоящие из шариков и ползунов или только ползунов.

    В современных конструкциях зубчатых муфт против произвольного самовыключения передач кроме фиксаторов применяют  перекрытие зубьев муфт и изменение  форм зубьев муфты. 

    Синхронизаторы.

    Наибольшее  распространение получили инерционные  конусные синхронизаторы, которые не допускают включения передачи до полного выравнивания угловых скоростей соединяемых деталей. Конструкции инерционных конусных синхронизаторов разнообразны, но все они обязательно имеют

• элементы трения,
• элементы блокировки.

      В качестве элементов трения применяют конические поверхности. Сущность инерционного синхронизатора любой конструкции заключается в использовании инерции соединяемых деталей для предотвращения преждевременного включения передачи. Моменту включения предшествует перевод синхронизатора  в нейтральное положение, при этом ведущий вал вращается со скоростью ω_е. Промежуточный вал вращается со скоростью ω_е/u_п. Колеса на ведомом валу вращаются каждое со своей скоростью, одно из колес, соответствующее выключенной передаче, сразу после выключения передачи, вращается с той же скоростью, что и ведомый вал. Включение становится возможным лишь при выравнивании скоростей колеса включаемой передачи, на котором размещена одна полумуфта и ведомого вала коробки передач, на котором размещена вторая полумуфта. Выравнивание скоростей возможно за счет изменения скорости включаемого колеса, выходного вала или одновременно за счет изменения скоростей и включаемого колеса и выходного вала. Выходной вал соединен с поступательно движущейся большой массой автомобиля, и скорость этой массы изменяется незначительно. Поэтому в дальнейшем, по крайней мере, при проектировочных расчетах, будем считать, что выравнивание происходит за счет изменения скорости включаемого колеса и соединенных с ним масс. Колеса, соответствующие пониженным, в сравнении с выключенной, передачам, вращаются медленнее ведомого вала и при синхронизации разгоняются до скорости ведомого вала, а колеса повышенных передач вращаются быстрее ведомого вала и при синхронизации замедляются.  

Процесс  включения состоит  из 4-^х этапов:

1. Блокировка. Синхронизатор перемещается из нейтрального положения до сближения поверхностей трения. Вследствие разности их скоростей возникает небольшой момент трения, под действием которого включается устройство блокировки, препятствующее перемещению зубчатой муфты в сторону включения передачи.
2. Синхронизация. Под действием большого момента трения происходит полное выравнивание угловых скоростей соединяемых частей: 1) включаемого зубчатого колеса и кинематически связанных с ним деталей, и 2) ведомого вала коробки передач и связанных с ним деталей и всей массы автомобиля. Так как масса автомобиля намного больше массы первой части, то в основном выравнивание происходит за счет изменения скорости вращения включаемого колеса и связанных с ним деталей; и только при большом сопротивлении движению скорость движения автомобиля за время переключения передач может существенно снижаться.
3. Разблокирование. Силы, действующие на элементы блокирующего устройства вызывают его разблокирование, при этом детали, связанные с включаемым зубчатым колесом, смещаются относительно деталей, связанных с ведомым валом коробки передач и элементы муфты занимают положение, позволяющее включить передачу.
4. Включение. Зубья скользящей полумуфты зацепляются с соответствующими зубчатыми венцами и соединяют включаемое колесо с выходным валом коробки передач.

При расчете синхронизатора определяют:

1. Время синхронизации t_сх,
2. Момент трения в синхронизаторе (момент синхронизации)  Тсх,
3. Работу на поверхностях трения (W_тр ),
4. Размеры: радиус r_сх,, ширину кольца  в_сх , угол конуса синхронизатора ( ) и угол  блокирующего устройства ( ).

  При расчетах не учитывают влияние сил  трения и сопротивления перемешиванию  масла в коробке передач на снижение частоты вращения зубчатых колес. Кроме того, в проектировочных расчетах полагают, что за время синхронизации (0,3…0,5 с) скорость движения автомобиля не меняется. (Скорость движения автомобиля может измениться за счет трения в синхронизаторе или за счет изменения внешнего сопротивления, надо разграничить). Последнее допущение правомерно при дорожных сопротивлениях .

                  

  Рис. 4.5 

  Уравнение движения включаемого колеса и кинематически связанных с ним деталей (рис.4.5):  

                             (4.9) 

где - момент инерции включаемого колеса и связанных с ним деталей, приведенный к включаемому колесу.

      Знак  «+» соответствует переключению на пониженную в сравнении с выключенной передачей, когда момент трения разгоняет включаемое колесо, увеличивая его скорость, а знак «-» - переключению на повышенную передачу. 

 

  где J_вщ, J_пр.сб, J_вд, J_р, – моменты инерции ведущего и промежуточного (для трехвальных коробок передач) валов коробки передач, ведомого диска сцепления и зубчатых колес, размещенных на ведомом валу; - передаточное отношение коробки передач на i-той передаче; - передаточные отношения с промежуточного вала на выходной на i-той передаче и от колеса p к колесу i.

Так как  ,а   , то 
 

   (4.10)

где , передаточные отношения коробки передач на передаче p, и передачи на промежуточный вал.

      Разделяем переменные в уравнении (4.9) и, интегрируя по от начальной до текущей скорости , а по времени от нуля до текущего времени , получим: (Обозначение: омега и-тое начальное и омега и-тое текущее) 

, 

или                                                     .                            (4.11) 

                             (4.12) 

      По  завершении синхронизации  и , где - угловая скорость зубчатой полумуфты, размещенной на выходном валу. 

      

                                  (4.13) 
 

      В уравнение (4.13) входят две неизвестные величины    и . Одну из них надо выбрать. Если выбрать и взять его одинаковым для всех передач, то , а следовательно и размеры синхронизаторов на разных передачах, будут отличаться (Это непонятно, не объяснено, про момент инерции, и разность скоростей). Если наоборот одинаковыми выбрать , то это позволит унифицировать синхронизаторы на разных передачах, что и делается на практике, однако время переключения на разных передачах будет разным.