Выбор и обоснование основных узлов трансмиссии

Совокупность механизмов, передающих энергию двигателя ведущим колесам и другим рабочим органам машин и обеспечивающих изменение частоты вращения ведущих органов машин и подводимого к ним момента в заданных пределах по величине и направлению, называется трансмиссией. К механизмам трансмиссии относятся: сцепление, коробка передач (или гидротрансформатор и коробка передач, или гидрообъемная передача), карданные передачи, раздаточная коробка и ведущие мосты, а также валы отбора мощности и их приводы.

Существуют трансмиссии с механическим, гидравлическим и электрическим преобразованием момента.

Механические преобразователи могут обеспечивать как ступенчатое, так и бесступенчатое изменение передаточного числа, а гидравлические и электрические всегда бесступенчатое. Однако в чистом виде две последние передачи обычно не применяются. Наряду с электрическими и гидравлическими агрегатами в трансмиссии автомобилей, как правило, имеются дополнительные коробки передач, зубчатые редукторы, включенные последовательно или параллельно с бесступенчатыми передачами. Электрическая передача обладает свойствами бесступенчатого трансформатора крутящего момента. При изменении сопротивления движению машины меняется крутящий момент электродвигателя, а это в свою очередь изменяет силу тока в генераторе, питающего тяговый двигатель.

Механические трансмиссии отличает простота конструкции, надежность, высокий КПД, низкая стоимость. Масса таких трансмиссий 3 . . . 6 кг/кВт, что заметно ниже, чем у других типов передач. Ряд существенных недостатков: ступенчатое регулирование крутя-щего момента, разрыв силового потока и ударные нагрузки при переключении передач; сложность компоновки на многоприводных автомобилях. Тем не менее перечисленные выше положительные качества механических трансмиссий обуславливают их применение на современных лесовозных автомобилях.

В гидравлических передачах энергия двигателя передается через бесступенчатый гидравлический преобразователь. Если при этом используются кинетическая энергия жидкости, то такие передачи называются гидродинамическими. Гидрообъемными называются передачи, в которых энергия передается за счет изменения статического напора, а скорость потока при этом невелика.

Особенности работы лесотранспортных машин предъявляют некоторые дополнительные требования к их трансмиссиям. Это вызвано более частыми переключениями передач из-за низкого качества лесовозных дорог и условий движения вне дорог, необходимость разгона больших масс.

Сцепление. Сцепления служат для передачи крутящего момента двигателя, временного отсоединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения. Такая необходимость возникает при трогании с места, переключении передач, кратковременной остановке машины, а также при получении малых скоростей. Сцепление устанавливают между двигателем и коробкой передач. Конструкция сцепления должна обеспечивать надежную передачу крутящего момента двигателя ведущему валу трансмиссии; полное включение и выключение сцепления; должна плавно включаться и с постепенным нарастанием момента трения и поддерживать его постоянным во включенном положении; нормальный тепловой режим работы, во избежание перегрева и обгорания поверхностей трения; надежное предохранение деталей трансмиссии от перегрузок.

По способу передачи крутящего момента сцепление делится на: фрикционное, гидравлическое и электрическое. Механические дисковые сцепления автомобилей подразделяются по ряду основных признаков.

По роду трения на «сухие» и «мокрые». Диски первых работают в сухих корпусах без смазки, а диски «мокрых» сцеплений работают в жидкости (масле). Последние являются более сложными, но имеют больший моторесурс. По числу ведомых дисков сцепления разделяются на однодисковые, двухдисковые и многодисковые. На сухих муфтах применяют не более двух дисков, а на мокрых не более пяти. По типу нажимного устройства различают сцепления постоянно замкнутые, если нажимной механизм пружинного типа и непостоянно замкнутые, когда нажимной механизм рычажно- пружинного типа. В рычажно-пружинных сцеплениях давление на диски создается нажимным механизмом и сохраняется затем за счет сил упругих деформаций рычажной системы механизма включения. Выбор сцепления определяется типом и назначением машины в целом и условиями ее эксплуатации.

Коробка передач. Коробка передач является механическим ступенчатым преобразователем и выполняет следующие функции: изменение передаваемого крутящего момента и частоты вращения в заданном диапазоне, реверсирование выходного вала и длительное отсоединение двигателя от ведущих колес.

Изменение величины крутящего момента и частоты вращения выходного вала коробки передач осуществляется включением соответствующей пары шестерен, чем устанавливается определенное значение передаточного числа трансмиссии. Кинематические параметры коробки передач во многом определяют тягово-скоростные характеристики машины, т. е. ее динамические качества. Коробка передач должна обеспечивать максимальную загрузку двигателя на всех режимах работы машины, имея высокий КПД, быть удобной в управлении, обеспечивать быстрое и безударное включение и выключение передач. Основными достоинствами механических шестеренчатых коробок передач являются высокий КПД, малые размеры и масса, высокая надежность и простота в эксплуатации, невысокая стоимость. Благодаря этим качествам, такие коробки передач нашли широкое применение на различных типах автомобилей.

Шестеренчатые ступенчатые коробки передач могут быть с неподвижными в пространстве осями валов и планетарными. По способу зацепления шестерен коробки передач бывают: с подвижными шестернями и шестернями постоянного зацепления. Отсюда деление по способу включения: перемещением подвижных шестерен, зубчатыми муфтами или синхронизаторами. Отдельную группу образуют коробка передач с фрикционным включением, их называют коробки передач с переключением на ходу. По взаимному расположению ведущего и ведомого валов коробки передач разделяют на соосные и несоосные. Соосными являются трехвальные коробки, имеющие прямую передачу, несоосные – двухвальные. Большинство коробок передач механических трансмиссий устроены так, что каждая работающая зубчатая пара передает весь крутящий момент, идущий от двигателя.

Карданная передача. Современное транспортное средство состоит из ряда агрегатов (двигателя, коробки передач, заднего моста и т.д.), между которыми необходимо осуществить кинематическую и силовую связь, т. е. передавать вращение и крутящие моменты. Валы различных агрегатов несоосны относительно друг друга. Это объясняется как погрешностями изготовления, так и конструктивными особенностями транспортного средства. Так ведущий задний мост автомобиля подрессорен и положение оси его вала постоянно меняется во время движения. В процессе эксплуатации транспортного средства происходит его старение и как следствие нарушение соосности валов. Для соединения валов агрегатов необходимо применять специальные механизмы компенсирующие несоосности. Для этих целей на автомобилях применяются и соединительные валы с упругими муфтами и карданные передачи. Основной частью карданной передачи является карданное сочленение. Карданное сочленение представляет собой муфту двухшарнирную с расположением шарниров в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Одно карданное сочленение может применяться при углах между валами не более 2°. Карданные передачи могут быть асинхронные или неравных угловых скоростей и синхронные или равных угловых скоростей (все данные из [2]).

На основание существующих узлов трансмиссии выбираем для проектируемого автомобиля следующие компоненты ( рисунок 4.1):

1. Сухое, двухдисковое, постоянно замкнутое сцепление с пружинным гасителем крутильных колебаний.

Рисунок 4.1 – Кинематическая схема трансмиссии:

1 – двигатель; 2 – сцепление; 3- коробка передач; 4-карданная передача; 5- мосты

2. Коробка передач механическая, четырехступенчатая, с синхронизатором инерционного типа для включения третьей и четвертой передач.

3. Раздаточная коробка с блокированным приводом, находящаяся в постоянном зацеплении

4. Карданная передача, состоящая из двух карданных валов открытого типа с промежуточной опорой на раме и трех карданных шарниров на игольчатых подшипниках.

5. Главная передача двойная с парой конических шестерен со спиральными зубьями и парой цилиндрических шестерен с косыми зубьями.

ТЯГОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Тяговой характеристикой называется зависимость свободной силы на ободе колеса Ра от скорости движения машины Va:

Pa=f(Va),

где Pa – свободная сила тяги, Н.

Свободная сила тяги определяется следующим образом:

Pa=Pк-Pw, (5.1)

где Pк- касательная сила тяги, Н;

Pw- сила сопротивления воздушной среды, Н.

Силы определяются по следующим зависимостям:

, (5.2)

где М_k-момент, подводимый к ведущим колесам ,Н.

, (5.3)

, (5.4)

. (5.5)

Параметры тяговой характеристики для каждой передачи представлены в табличной форме:

1) Первая передача.

и =35

n, об/с	Ме, Нм	Мк1, Нм	Va1, м/с	Pк1, Н	Pw1, Н	Pa1, Н
	1572,62	45778,30	1,06	77801,32	6,00	77795,33
	1629,98	47448,01	1,37	80639,04	10,14	80628,90
	1666,55	48512,39	1,69	82447,97	15,35	82432,62
	1682,32	48971,43	2,01	83228,13	21,65	83206,48
	1677,29	48825,14	2,32	82979,51	29,03	82950,48
	1651,47	48073,52	2,64	81702,11	37,49	81664,62
	1604,86	46716,57	2,96	79395,93	47,02	79348,91
	1537,45	44754,28	3,27	76060,98	57,64	76003,34
	1449,24	42186,66	3,59	71697,24	69,34	71627,91
	1415,22	41196,27	3,70	70014,05	73,47	69940,57
	1299,28	37821,54	4,01	64278,61	86,61	64192,00
	1162,56	33841,47	4,33	57514,40	100,82	57413,57

и =26,817

n, об/с	Ме, Н*м	Мк1, Н*м	Va1, м/с	Pк1, Н	Pw1, Н	Pa1, Н
	1572,62	35075,33	1,38	59611,38	10,22	59601,16
	1629,98	36354,66	1,79	61785,63	17,27	61768,36
	1666,55	37170,19	2,21	63171,64	26,15	63145,48
	1682,32	37521,91	2,62	63769,39	36,88	63732,51
	1677,29	37409,82	3,03	63578,90	49,45	63529,45
	1651,47	36833,93	3,45	62600,15	63,85	62536,30
	1604,86	35794,23	3,86	60833,16	80,10	60753,06
	1537,45	34290,73	4,27	58277,92	98,18	58179,74
	1449,24	32323,42	4,69	54934,43	118,11	54816,32
	1415,22	31564,58	4,83	53644,76	125,15	53519,61
	1299,28	28978,86	5,24	49250,27	147,53	49102,74
	1162,56	25929,34	5,65	44067,53	171,74	43895,79

2) Вторая передача.

и =20,12

n, об/с	Ме, Н*м	Мк2, Н*м	Va2, м/с	Pк2, Н	Pw2, Н	Pa2, Н
	1572,62	26315,98	1,84	44724,65	18,15	44706,50
	1629,98	27275,83	2,39	46355,93	30,67	46325,25
	1666,55	27887,69	2,94	47395,81	46,46	47349,34
	1682,32	28151,58	3,49	47844,28	65,52	47778,76
	1677,29	28067,48	4,04	47701,36	87,85	47613,52
	1651,47	27635,41	4,59	46967,04	113,44	46853,60
	1604,86	26855,35	5,14	45641,32	142,30	45499,02
	1537,45	25727,32	5,70	43724,20	174,42	43549,77
	1449,24	24251,30	6,25	41215,67	209,81	41005,86
	1415,22	23681,97	6,43	40248,08	222,34	40025,74
	1299,28	21741,98	6,98	36951,02	262,09	36688,93
	1162,56	19454,01	7,53	33062,56	305,10	32757,46

и =15,4163

n, об/с	Ме, Н*м	Мк2, Н*м	Va2, м/с	Pк2, Н	Pw2, Н	Pa2, Н
	1572,62	20163,77	2,40	34268,82	30,92	34237,90
	1629,98	20899,22	3,12	35518,73	52,25	35466,48
	1666,55	21368,04	3,84	36315,50	79,14	36236,36
	1682,32	21570,24	4,56	36659,14	111,60	36547,53
	1677,29	21505,80	5,28	36549,63	149,63	36400,00
	1651,47	21174,74	6,00	35986,98	193,22	35793,76
	1604,86	20577,05	6,71	34971,19	242,37	34728,81
	1537,45	19712,73	7,43	33502,25	297,09	33205,16
	1449,24	18581,78	8,15	31580,18	357,38	31222,80
	1415,22	18145,54	8,39	30838,79	378,71	30460,08
	1299,28	16659,09	9,11	28312,52	446,42	27866,11
	1162,56	14906,01	9,83	25333,12	519,68	24813,44

3) Третья передача.

и =11,5666

n, об/с	Ме, Н*м	Мк3, Н*м	Va3, м/с	Pк3, Н	Pw3, Н	Pa3, Н
	1572,62	15128,55	3,20	25711,34	54,92	25656,42
	1629,98	15680,35	4,16	26649,13	92,81	26556,32
	1666,55	16032,10	5,11	27246,93	140,59	27106,34
	1682,32	16183,80	6,07	27504,76	198,26	27306,50
	1677,29	16135,45	7,03	27422,59	265,81	27156,79
	1651,47	15887,06	7,99	27000,45	343,24	26657,20
	1604,86	15438,62	8,95	26238,31	430,56	25807,75
	1537,45	14790,14	9,91	25136,20	527,77	24608,43
	1449,24	13941,61	10,87	23694,10	634,86	23059,23
	1415,22	13614,31	11,19	23137,84	672,75	22465,09
	1299,28	12499,04	12,15	21242,43	793,03	20449,40
	1162,56	11183,74	13,10	19007,03	923,18	18083,85

и =8,8625

n, об/с	Ме, Н*м	Мк3, Н*м	Va3, м/с	Pк3, Н	Pw3, Н	Pa3, Н
	1572,62	11591,72	4,17	19700,41	93,54	19606,86
	1629,98	12014,51	5,42	20418,96	158,09	20260,87
	1666,55	12284,03	6,67	20877,00	239,47	20637,53
	1682,32	12400,27	7,93	21074,55	337,70	20736,85
	1677,29	12363,22	9,18	21011,60	452,76	20558,84
	1651,47	12172,90	10,43	20688,14	584,65	20103,49
	1604,86	11829,30	11,68	20104,18	733,39	19370,79
	1537,45	11332,42	12,93	19259,73	898,97	18360,76
	1449,24	10682,26	14,18	18154,77	1081,38	17073,39
	1415,22	10431,48	14,60	17728,56	1145,92	16582,63
	1299,28	9576,95	15,85	16276,26	1350,79	14925,48
	1162,56	8569,14	17,10	14563,47	1572,49	12990,98

4) Четвертая передача.

и =8,675

n, об/с	Ме, Н*м	Мк4, Н*м	Va4, м/с	Pк4, Н	Pw4, Н	Pa4, Н
	1572,62	11346,48	4,26	19283,61	97,63	19185,98
	1629,98	11760,33	5,54	19986,96	165,00	19821,96
	1666,55	12024,14	6,82	20435,32	249,94	20185,38
	1682,32	12137,92	8,10	20628,69	352,45	20276,23
	1677,29	12101,66	9,38	20567,06	472,54	20094,52
	1651,47	11915,37	10,65	20250,45	610,20	19640,25
	1604,86	11579,03	11,93	19678,85	765,44	18913,41
	1537,45	11092,67	13,21	18852,26	938,25	17914,01
	1449,24	10456,26	14,49	17770,67	1128,63	16642,05
	1415,22	10210,79	14,92	17353,48	1195,99	16157,49
	1299,28	9374,34	16,19	15931,91	1409,81	14522,10
	1162,56	8387,85	17,47	14255,35	1641,20	12614,16

и =6,6469

n, об/с	Ме, Н*м	Мк5, Н*м	Va5,м/с	Pк5, Н	Pw5,Н	Pa5,Н
	1572,62	8693,82	5,56	14775,36	166,30	14609,06
	1629,98	9010,92	7,23	15314,27	281,05	15033,23
	1666,55	9213,06	8,90	15657,81	425,73	15232,08
	1682,32	9300,23	10,57	15805,97	600,35	15205,63
	1677,29	9272,45	12,24	15758,76	804,89	14953,86
	1651,47	9129,71	13,91	15516,16	1039,38	14476,79
	1604,86	8872,01	15,57	15078,19	1303,80	13774,40
	1537,45	8499,35	17,24	14444,85	1598,15	12846,70
	1449,24	8011,73	18,91	13616,13	1922,43	11693,69
	1415,22	7823,64	19,47	13296,47	2037,18	11259,29
	1299,28	7182,74	21,14	12207,24	2401,38	9805,86
	1162,56	6426,88	22,80	10922,64	2795,51	8127,13

ДИНАМИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ

Динамическая характеристика с номограммой загрузок позволяет определить возможность движения автомобиля исходя из условия влияния сопротивления (Y) и конструкции машины (Ра, загрузка).

Для полного исследования возможностей необходимо учитывать условия сцепления ведущих колес с грунтом. Как известно, условием движения без буксования является соотношение:

Dj ³ D

Для случая равномерного движения при D = Y можно записать:

D = Y £ Dj

где Dj - динамический фактор по сцеплению.

Динамическим паспортом называется динамическая характеристика с номограммой загрузок и графиком контроля буксования.

Динамической характеристикой называется графическая зависимость динамического фактора D от скорости движения V_a:

D= f (V_а),

где D – динамический фактор, определяемый свободной силой тяги Ра, отнесенной к массе транспортной системы .

Определим динамические факторы D для загруженной машины на каждой передаче по следующей формуле:

D= = , (6.1)

где Ра- значения свободной силы тяги на каждой передаче.

Результаты занесем в таблицу 6.1

Таблица 6.1 – Динамический фактор для загруженного автомобиля

=35	=26,817	=20,12	=15,4163
, Н		,Н		, Н		, Н
77795,33	0,2337	59601,16	0,1791	44706,50	0,1343	34237,90	0,1029
80628,90	0,2422	61768,36	0,1856	46325,25	0,1392	35466,48	0,1066
82432,62	0,2477	63145,48	0,1897	47349,34	0,1423	36236,36	0,1089
83206,48	0,2500	63732,51	0,1915	47778,76	0,1435	36547,53	0,1098
82950,48	0,2492	63529,45	0,1909	47613,52	0,1430	36400,00	0,1094
81664,62	0,2453	62536,30	0,1879	46853,60	0,1408	35793,76	0,1075
79348,91	0,2384	60753,06	0,1825	45499,02	0,1367	34728,81	0,1043
76003,34	0,2283	58179,74	0,1748	43549,77	0,1308	33205,16	0,0998
71627,91	0,2152	54816,32	0,1647	41005,86	0,1232	31222,80	0,0938
69940,57	0,2101	53519,61	0,1608	40025,74	0,1203	30460,08	0,0915
64192,00	0,1929	49102,74	0,1475	36688,93	0,1102	27866,11	0,0837
57413,57	0,1725	43895,79	0,1319	32757,46	0,0984	24813,44	0,0745
=11,5666	=8,8625	=8,675	=6,6469
, Н		,Н		, Н		, Н
25656,42	0,0771	19606,86	0,0589	19185,98	0,0576	14609,06	0,0439
26556,32	0,0798	20260,87	0,0609	19821,96	0,0596	15033,23	0,0452
27106,34	0,0814	20637,53	0,0620	20185,38	0,0606	15232,08	0,0458
27306,50	0,0820	20736,85	0,0623	20276,23	0,0609	15205,63	0,0457
27156,79	0,0816	20558,84	0,0618	20094,52	0,0604	14953,86	0,0449
26657,20	0,0801	20103,49	0,0604	19640,25	0,0590	14476,79	0,0435
25807,75	0,0775	19370,79	0,0582	18913,41	0,0568	13774,40	0,0414
24608,43	0,0739	18360,76	0,0552	17914,01	0,0538	12846,70	0,0386
23059,23	0,0693	17073,39	0,0513	16642,05	0,0500	11693,69	0,0351
22465,09	0,0675	16582,63	0,0498	16157,49	0,0485	11259,29	0,0338
20449,40	0,0614	14925,48	0,0448	14522,10	0,0436	9805,86	0,0295
18083,85	0,0543	12990,98	0,0390	12614,16	0,0379	8127,13	0,0244

По полученным значениям строим график динамической характеристики.

От начала координат влево по оси абсцисс откладываем отрезок в произвольном масштабе, начало которого принимаем за 0% загрузки, и наносим на него шкалу, соответствующую загрузке машины в процентах – от 0% до 100%. Через начало отрезка проводим перпендикуляр, на котором наносим шкалу динамического фактора для незагруженной машины Do. Масштаб этой шкалы определяем из следующего соотношения:

а =а , (6.2)

где а – масштаб шкалы для 100% загрузки автомобиля.

Для шкалы 100 процентов загрузки D = 0,05 соответствует а = 40 мм, тогда для шкалы 0 процентов загрузки Dо = 0,05 соответствует:

= мм.

Наносим на шкалу Do значения 0,05; 0,10; 0,15 … 0,50. Соединяем прямыми лини-ями одинаковые значения динамических факторов на осях D и Do.

Коэффициент сцепления для лежневой дороги j = 0,55 – 0,62 принимаем из с.98 [1]: j = 0,58.

Вычисляем значения и при j изменяющимся в диапазоне от 0,1 до j, с шагом 0,1.

Однозначные динамические факторы на шкалах и соединяют пунктирны-ми линиями.

График контроля буксования представляет собой выраженную графически зависимость динамического фактора по сцеплению от нагрузки.

Для построения графика контроля буксования рассчитаем динамический фактор по сцеплению для загруженной и незагруженной машины по следующим формулам:

=j , (6.3)

=j , (6.4)

где j - коэффициент сцепления;

G - сцепной вес машины и прицепа с грузом, G =151954,6 Н;

G - сцепной вес машины и прицепа без груза, G =82404Н.

Рассчитаем и при значениях j от 0,10 до 0,58 (0,58- максимальное значе-ние коэффициента сцепления для лежневых дорог).

Таблица 6.2 –Коэффициенты сцепления для щебеночного покрытия

j
0,1	0,046	0,068
0,2	0,091	0,135
0,3	0,137	0,203
0,4	0,183	0,270
0,5	0,228	0,338
0,58	0,265	0,392

Далее на осях D и D_o откладываем в масштабе значения D_j и D_{j о} соответственно.

Соединяем значения D_j и D_jо , полученные при одинаковых значениях j пунк-тирной линией и указываем соответствующее значение j.