Ступенчатые коробки передач и раздаточные коробки

      В проектировочных расчетах принимают:

1. для легковых

      а) на высших передачах 0,15…0,3 с,

      б) на низших передачах 0,50…0,8 с;

2. для грузовых

      а) на высших передачах  0,3…0,8 с,

      б) на низших передачах   1,0…1,5 с. 

   По  выбранному значению

рассчитывают размеры синхронизатора. Так как ,                     (4.14) 

   

 

   и

   

,

   то  радиус трения синхронизатора (зачем тогда здесь предыдущая формула?) 

.                    (4.15) 

    В приведенных формулах - нормальная сила и коэффициент трения между элементами трения синхронизатора, - силы на вилке переключения передач и рукоятке управления; [Q]= 60 Н для легковых автомобилей и [Q]=100 Н –для грузовых, - половина угла конуса поверхностей трения, - передаточное и КПД механизма переключения передач. В выполненных конструкциях синхронизаторов мм. Угол является одним из важнейших конструкторских параметров синхронизатора. Чем он ниже, тем выше. Для предотвращения заклинивания поверхностей трения, должно быть . Низший предел =7 – 12^о.

. Ширину конуса (длину образующей) поверхности трения рассчитывают из условия износостойкости:

      

.                        (4.16) 

      Заменяя фактическую поверхность трения - боковая поверхность усеченного конуса -цилиндрической поверхностью по среднему радиусу поучим (4.16) в развернутом виде: 

.             (4.17)

      Подставляя  вместо его выражение из (4.13), получим 

. 

    Отсюда  .Допустимое давление в контакте для пары бронза-сталь принимают равным =1…1,5 МПа.

    Быстрота  выравнивания скоростей зависит  от значения коэффициента трения . Для увеличения на внутренней поверхности предусматривают винтовые канавки, которые разрушают масляную пленку и, следовательно, увеличивают коэффициент трения . Для улучшения охлаждения и удаления продуктов износа – применяют продольные канавки.

   Проверочные расчеты сводятся к определению:

1. t_cx – время синхронизации,
2. T_cx – момента трения в синхронизаторе,
3. W_cx - работы трения в синхронизаторе,

4) - повышения температуры за одно включение. 

   Работа  трения синхронизатора (работа буксования на поверхностях трения)

    Интеграл  численно равен площади фигуры, ограниченной линиями и (по уравнению 4.11, а) и осью  

Тогда 

 

   Из (4.13)

 

      Принимая  во внимание, что , где – угловая скорость коленчатого вала, можно записать 

            (4.18) 

Тогда

             (4.19) 

    Из (4.18) . Время синхронизации уменьшается при уменьшении момента инерции, отношения  передаточных чисел и и увеличении момента трения. На большегрузных автомобилях, где большие моменты инерции, применяют синхронизаторы с увеличенным числом поверхностей трения.

   Удельная  работа трения в синхронизаторе  Допустимые значения удельной работы трения для легковых автомобилей 3…11  Дж/см², для грузовых - 4…40 Дж/см².

   Повышение температуры поверхностей трения за одно включение сцепления рассчитывают из условия, что теплоотвод в окружающее пространство отсутствует. Из уравнения теплового баланса    ,

 где  - коэффициент,  учитывающий долю общей работы, идущую на нагрев диска;  с – удельная теплоемкость; m- масса синхронизатора, - повышение температуры. За одно включение передачи синхронизатор может нагреться на 15…30^оС.

    Для предотвращения преждевременного включения передачи до выравнивания угловых скоростей необходимо выполнить условие > , где - момент трения в синхронизаторе,  препятствующий относительному проскальзыванию поверхностей трения, – момент, создаваемый силой от скосов блокирующих поверхностей и стремящийся переместить блокирующие элементы в положение, не препятствующее включению передачи . Здесь и – средние радиусы «трения» конуса и блокирующих поверхностей, – угол наклона блокирующих поверхностей. Получим . Отсюда условия блокировки . При =7 – 12^о угол получается 25-40^о.

ЛЕКЦИЯ 15:

    4.3. Коробки передач с планетарными передачами

    Планетарные передачи – передачи, в которых  ось хотя бы одного из зубчатых колёс  перемещается в пространстве. Планетарная передача, в которой все звенья подвижны, называется дифференциальной  

4.3.1.Достоинства,  недостатки, основные  схемы ТПМ

    Планетарные передачи применяют в трансмиссиях автомобилей в качестве основной коробки, дополнительной коробки к  передаче с гидротрансформатором, дополнительного редуктора к коробке передач.

Преимущества:

1. Переключение с помощью фрикционов и тормозов, а, следовательно,   на ходу автомобиля, без разрыва потока мощности.
2. Легче автоматизировать управление
3. При одинаковых условиях шум уменьшается, ресурс увеличивается.
4. Легкость получения различных передаточных отношений.
5. Меньше размеры, выше КПД. Это объясняется:

• разделением потока мощности.

• использованием внутреннего зацепления.

6. Меньший шум и более приятная тональность

7. Широкие кинематические возможности,

Недостатки:

1. Более сложная конструкция.
2. Выше требования к точности изготовления.
3. Дополнительные центробежные силы на подшипники сателлитов.
4. Потери трения в выключенных фрикционах и тормозах.

   Основа планетарных коробок передач - планетарный ряд. Количество известных схем превышает сотню. Реально используют лишь несколько. Наибольшее применение имеют передачи по схеме 2k-h (тип А). На рис. 4.5 приняты обозначения: a – центральная (солнечная) шестерня; b – центральное (коронное) колесо; h – водило; g, f – сателлиты.

   

Рис. 4.6 

4.3.2.Уравнения кинематики ТПМ. Кинематический параметр. Блокировка ТПМ. Относительные скорости вращения сателлита.

Из  уравнения Виллиса:

     (4.25)

получим:

     (4.26)

  Величину  называют внутренним передаточным числом ТПМ или, чаще, кинематическим параметром ТПМ. Обозначим его “p”.

Тогда

           (4.27)

  Уравнения (4.26) и (4.27) называют основными уравнениями кинематики ТПМ.

  Остановленным в ТПМ может быть не только водило h, но и любое другое звено. Например, остановим звено “b” и рассмотрим передачу вращения от “a” к “h”.

      (4.28)

   Получим уравнение кинематики:

     

  Аналогично  можно получить и другие уравнения кинематики.

  Прибавим  и вычтем в числителе уравнения (4.28) и преобразуем его:

    (4.29)

  Полученное  соотношение справедливо для  любых основных звеньев ТПМ. Например: и т.п.

  Заменим в уравнении (4.26) через   в соответствии с (4.29).

  Тогда

    (4.30)

  Это уравнение выражает принцип сложения движения  (суперпозиции) в планетарных  передачах.

  Пусть в ТМП два каких-либо звена, например “a” и “b” соединены между собой муфтой (блокировочной), т.е. . Найдем из уравнения (4.27) : . Тогда и .

   Можно убедиться, что при соединении любых  двух других основных звеньев результат  будет тем же. Таким образом, в  ТПМ с подвижными основными звеньями при соединении каких-либо двух основных звеньев между собой, третье звено  вращается с той же скоростью, т.е. ТПМ блокируется. Это свойство используют для получения прямых передач с  u = 1   .

   При проектировании планетарных коробок  передач (ПКП) надо находить скорости вращения сателлита относительно водила, влияющие на ресурс подшипников сателлитов. Для этого записывают уравнения движения для сателлитов, аналогично уравнению (4.25).

   Например  для схемы (1):

        и .  (4.31)

   Или

        и    (4.32)

   Учитывая, что  , а , уравнения (4.31) и (4.32) можно преобразовать к следующему виду:

       (4.31,а)

       (4.32,а) 
 
 
 
 

4.3.3.Структурный анализ ПКП

   ПКП образуют соединением ТПМ. Каждый ТПМ  с подвижными основными звеньями имеет две степени свободы ( ). Если присоединяемый механизм соединить двумя звеньями с предыдущим (предыдущими), т.е. наложить две связи, то степень свободы не изменится, т.е. она будет равна двум, которую имел первый ТПМ. Если ТПМ соединить между собой одним звеном, т.е. накладывать одну связь, то каждый вновь присоединяемый ТПМ будет увеличивать степень свободы на единицу. Если k_m число ТПМ в ПКП, то

     

 (4.33)

Формулу (4.33) можно получить и как разность между числом степеней свободы свободных (несоединенных) ТПМ и числом наложенных связей.

     

 (4.33,а)

В этом случае число степеней свободы ПКП  может быть достаточно большим. Таким  образом, в зависимости от способа  соединения степень свободы ПКП может быть различной. На практике обычно применяют ПКП с двумя и тремя степенями свободы.

      Для передачи движения от ДВС в ПКП  с  необходимо включать уже два ЭУ: два тормоза, либо тормоз и блокировочную муфту, либо две блокировочные муфты, т.е. система управления ПКП усложняется. Если число элементов управления (ЭУ) равно m, то число различных передач k_n  в ПКП с : , а в ПКП c : , например для m = 6 : , .

            Взаимосвязь числа  передач k_n , элементов управления (m) и числа степеней свободы показаны в таблице.

Число передач k_n в ПКП

Таблица