Коробка передач (КП) предназначена для изменения крутящего момента, подводимого к ведущим колёсам, и их угловых скоростей в более широком диапазоне, чем это возможно за счёт изменения режима работы двигателя, а также для обеспечения заднего хода и длительного отключения двигателя от ведущих колёс. Главным требованием к КП является обеспечение высоких тяговодинамических характеристик самоходной машины, которые определяются, помимо номинальной мощности двигателя Nн , диапазоном коробки передач Dкп = umax / umin , количеством передач iкп и рациональными передаточными числами на каждой ступени ui. Кроме того, КП должна обеспечивать эргономичность переключения передач. Для этого применяют синхронизаторы, планетарные КП, полуавтоматические и автоматические устройства. Также КП должны иметь возможно больший КПД и минимальную шумность, что зависит от количества шестерён, участвующих в передаче мощности, точности их изготовления и монтажа, жёсткости валов и картера, качества смазки трущихся пар.
2. По конструктивному признаку все механические КП делят на: - простые или с неподвижными осями валов; - планетарные; - комбинированные. По числу основных валов, шестерни которых принимают участие в передаче крутящего момента переднего хода, простые КП делят на двухвальные (условно тракторная схема) и трёхвальные (классическая автомобильная схема).
3. Переключение передач может осуществляться различными способами: 1) шестернями, скользящими по шлицам вала (ГАЗ 51. . . ); 2) зубчатыми муфтами, которые часто делают синхронизированными (ВАЗ-2101. . . ); 3) фрикционами (Т-150, К-700. . . ). В двух последних случаях зубчатые венцы ведущих и ведомых шестерён каждой передачи постоянно находятся в зацеплении, но с валом нет жёсткой связи зубчатых колёс (ведомых или ведущих). Эта связь обеспечивается только при включении соответствующей муфты.
Коробка передач ГАЗ-51
Коробка передач ВАЗ-2105 Синхронизаторы коробок передач АЗЛК-412 и ЗИЛ-130
Планетарные КП представляют собой совокупность нескольких планетарных рядов, различное сочетание работы звеньев которых обеспечивает получение требуемого кинематического диапазона. Преимуществом планетарных КП является увеличение средней скорости движения самоходной машины вследствие значительного сокращения времени переключения передач (tп. п = 0, 2. . . 0, 4 с). Кроме того планетарные КП компактнее простых и имеют более высокий КПД за счёт передачи части энергии переносным движением без потерь. К недостаткам планетарных КП можно отнести сложность их проектирования и изготовления, наличие на некоторых режимах работы больших крутильных колебаний, а также трудности в работе при низких температурах.
7. Планетарные КП классифицируют по числу степеней свободы в выключенном состоянии - на коробки с двумя и с тремя степенями свободы. В первых для включения какой-либо передачи необходимо включить один фрикционный элемент, а во вторых - два. Эпициклический планетарный ряд имеет следующую схему. коронная шестерня (эпицикл) сателлит водило ’ 0 солнечная шестерня Схема эпициклического ряда
Отношение числа зубьев коронной шестерни z’ к солнечной z называется характеристикой планетарного ряда k = z’ / z = 1, 4. . . 4. Основное уравнение кинематики планетарного ряда (уравнение Виллиса) имеет вид Соотношения крутящих моментов планетарного ряда следующие M’ = k M; M 0 = (1+k) M; на элементах
9. На современных тракторах и тяжёлых грузовиках получили широкое распространение диапазонные КП, то есть последовательное соединение двух коробок передач основной и дополнительной. Последнюю иногда называют демультипликатором или делителем. Так, трактор МТЗ-80 имеет в основной КП 4 передачи и в диапазонной 3 (итого 12 передач); Т-150 К имеет по четыре передачи в основной и дополнительной КП (итого 16 передач); на автомобилях Камского автозавода в основных КП 5 передач и 2 в дополнительных и т. д.
10. Ещё одним механизмом, где осуществляется трансформация (преобразование) крутящего момента, является главная передача (ГП). Если ось коленчатого вала двигателя параллельна продольной оси машины, то ГП представляет собой конический редуктор с фиксированным передаточным числом u 0. Главную передачу часто размещают в центральной части балки ведущего моста. При независимых подвесках колёс картер главной передачи крепят к несущей системе машины (раме или кузову).
Наибольшее распространение получили одинарные мостовые центральные главные передачи. Их делят на: 1) простые конические (чаще с винтовыми зубьями); 2) гипоидные или амбоидные, то есть конические с непересекающимися осями; 3) червячные. Главная передача ГАЗ-53
Если требуется значительное (более 5) передаточное число главной передачи (тяжёлые машины), то её делают с двумя парами зубчатых колёс или разнесённой. В последнем случае имеет место центральный редуктор главной передачи и колёсные или бортовые редукторы, которые часто выполняют в виде планетарных механизмов. Схемы главных передач ЗИЛ-130 и МАЗ-6422
На машинах с близко расположенными ведущими мостами, например, трёхосных, применяют так называемые проходные ведущие валы в центральном редукторе главной передачи. Главные передачи среднего и заднего мостов ЗИЛ-131
Внутри центрального редуктора главной передачи размещается межколёсный дифференциал. Наиболее часто его выполняют в виде простого конического планетарного механизма, ведущим элементом которого является корпус дифференциала (водило), а ведомыми элементами - шестерни полуосей (центральные зубчатые колёса). При этом оси сателлитов жёстко связаны с корпусом дифференциала. Межколёсный дифференциал ГАЗ-53
15. При одинаковом сопротивлении на полуосях сателлиты не вращаются вокруг своих осей, то есть их относительного движения внутри механизма не происходит, но они совершают переносное движение совместно с корпусом дифференциала. При различных сопротивлениях на полуосях, например, при повороте, сателлиты начинают относительное вращение вокруг своих осей и увеличивают угловую скорость менее нагруженной полуоси (внешней по отношению к центру поворота), уменьшая угловую скорость более нагруженной. При этом крутящие моменты на полуосях равны моменту сопротивления наименее нагруженной полуоси (если не учитывать сравнительно малое трение внутри шестерённого дифференциала). Поэтому при движении одного из ведущих колёс по опорной поверхности с малым коэффициентом сцепления (грязь, лёд и т. п. ), а значит, и с малым сопротивлением, наличие простого шестерённого дифференциала может привести к потере подвижности самоходной машины. В этом случае шестерённый дифференциал блокируют или применяют дифференциал повышенного трения. Но тогда трансмиссия и ходовая система испытывают большие нагрузки.
Межколёсный кулачковый дифференциал ГАЗ-66 Основным оценочным показателем дифференциала повышенного трения является его коэффициент блокировки k б = Mr / M 0 = 1 – η д , где Mr - момент трения в дифференциале; M 0 - момент, подводимый к дифференциалу от главной передачи, например, для ГАЗ-66 kб = 0, 4.
Коробка передач в агрегате с главной передачей и дифференциалом современного переднеприводного автомобиля
18. В случае полноприводной или многоприводной машины в трансмиссии предусматривается ещё один преобразователь крутящего момента раздаточная коробка, предназначенная для распределения потока мощности двигателя между ведущими мостами и увеличения числа передач. Часто в раздаточной коробке имеется межосевой (межтележечный) дифференциал, который может быть симметричным, как межколёсный, или несимметричным, когда нагрузка на мосты существенно различна. Шестерённый межосевой дифференциал имеет блокировку.
от КП на задний мост на передний мост Раздаточные коробки: а) ГАЗ-66; б) ВАЗ-2121
20. Связь механизмов трансмиссии (коробки передач, раздаточной коробки, центрального редуктора главной передачи и др. ) с несоосными валами осуществляют с помощью карданных передач. Основными элементами карданной передачи являются: 1) шарниры; 2) валы (чаще трубчатые); 3) подвижное шлицевое соединение; 4) промежуточная опора (если шарниров более двух). 1 2 Схема карданной передачи
а) б) в) г) Схемы карданных передач: а) ГАЗ-53; б) ГАЗ-66; в) Кр. АЗ-255 Б; г) ЗИЛ-131
Чем больше угол складывания шарнира , тем в более тяжёлых условиях работает карданная передача. В качестве шарнира часто применяют так называемый жёсткий карданный шарнир, состоящий из ведущей и ведомой вилок и крестовины с подшипниками и уплотнениями (сальниками). Такой шарнир способен передавать крутящий момент под углом 22. При постоянной скорости ведущей вилки ( 1 = const) угловая скорость ведомой вилки жёсткого карданного шарнира 2 за один оборот изменяется (пол оборота 2 > 1, вторая половина оборота 2 < 1). Поэтому такой шарнир называют шарниром неравных угловых скоростей.
Карданная передача ГАЗ-53
24. В приводах управляемых колёс применяют шарниры равных угловых скоростей (ШРУСы), которые всегда имеют 1 = 2. Такие шарниры могут передавать крутящий момент при значительно больших углах в сравнении с жёстким карданным шарниром, но они более трудоёмки в производстве. Применяют ШРУСы: 1) сдвоенные жёсткие карданные шарниры (МАЗ-543), 30 ; 2) шариковые с установочными канавками (шарнир Вейса, например на ГАЗ-66), 32 ; 3) шариковые с сепаратором и установочным рычагом (шарнир Рцеппа, например на ЗИЛ-131), 35 ; 4) Шариковые со сферическими канавками и сепаратором (шарнир Бирфильда на современных переднеприводных легковых автомобилях), 40 ; 5) кулачковые (Урал-375), 50 и другие, например, Трипод.
25. В любом случае, чтобы ведущий и ведомый элементы шарнира вращались строго синхронно, необходимо, чтобы промежуточный элемент шарнира (крестовина, шарики, кулак и т. п. ) всё время находился в бессекторной плоскости. Например, в шарнире Вейса это обеспечивается с помощью специальных (фасонных) фрезеровок в вилках, в шарнире Рцеппа - с помощью рычажка, а в шарнире Бирфильда за счёт смещения центров сфер канавок наружной и внутренней обойм в зависимости от .
Привод переднего колеса ГАЗ-66
Ведущий вал (правый) с ШРУСами переднеприводной машины Наружный ШРУС (шарнир Бирфильда)
28. В механической трансмиссии имеет место ступенчатое изменение передаточного числа, а, значит, и крутящего момента на ведущих колёсах, что далеко не всегда обеспечивает работу двигателя на оптимальном режиме, например, при номинальной мощности Nн или при минимальном эффективном удельном расходе топлива двигателя gemin. Поэтому, в зависимости от назначения самоходной машины, конструкторы увеличивают количество передач, которое на некоторых моделях доходит до 24 и более. Это является основным недостатком механической трансмиссии, которая к тому же часто не обеспечивает переключение передач без разрыва потока мощности, что приводит к значительному времени переключения передач tп. п = 1. . . 3 с. А для машин, испытывающих большие крюковые нагрузки (тракторы, СДМ и т. п. ) за это время может произойти их остановка. Указанные обстоятельства приводят к снижению производительности машин с механическими трансмиссиями, ухудшению их топливной экономичности и эргономичности. Поэтому на самоходной технике, эксплуатирующейся с частыми переключениями передач, например, городские автобусы, а также требующей больших диапазонов изменения крутящих моментов на ведущих колёсах (СДМ и др. ) часто применяют гидромеханические трансмиссии.
29. Отличительной особенностью гидромеханической трансмиссии от механической является наличие гидротрансформатора (ГДТ), который даёт возможность автоматически изменять крутящий момент на своём выходном (турбинном) валу в зависимости от нагрузки на нём. Однако КПД такой трансмиссии ниже по сравнению с механической. Поэтому на установившихся режимах работы часто применяют блокировку ГДТ. Также используют комплексные гидротрансформаторы, которые могут переходить на режим гидромуфты, то есть иметь более высокий КПД.
Основными элементами ГДТ являются: 1) насосное центробежное лопастное колесо; 2) турбинное лопастное колесо, чаще центростремительное; 3) одно или два реакторных лопастных колеса, чаще осевых; 4) внешняя гидросистема для охлаждения и фильтрации рабочего тела. Т Н Р т ; Mт н ; Mн Схема ГДТ
Комплексный гидротрансформатор с блокировочной муфтой
32. Рабочая полость ГДТ заполняется специальной маловязкой жидкостью для уменьшения сил трения о стенки межлопастных каналов. При этом внешним насосом обеспечивается непрерывный отбор этой рабочей жидкости из полости гидротрансформатора, направление её в радиатор, фильтры и обратно в полость ГДТ. Работа гидротрансформатора основана на двойном преобразовании энергии сначала кинетическая энергия вращающегося насосного колеса с радиальными слабо изогнутыми лопатками преобразуется в кинетическую же энергию жидкости (скоростной напор v 2 / 2 g), а затем этот напор преобразуется обратно в кинетическую энергию вращения турбинного колеса, имеющего сильно изогнутые лопатки. Дополнительное изменение скоростного напора имеет место в реакторе, также с сильно изогнутыми лопатками, но в обратную сторону (в отличие от турбины), где жидкость изменяет своё направление и входит обратно в межлопастные каналы насосного колеса под углом, обеспечивающим минимальные потери энергии жидкости на удар. То есть преобразующие свойства ГДТ связаны с расходом жидкости Q в его меридиальной плоскости.
Крутящий момент на насосном лопастном колесе, который нагружает двигатель, определяется по выражению, известному из теории подобия гидромашин Mн = н D 5 н 2 , где - плотность рабочей жидкости; н - коэффициент момента насосного колеса, определяемый с помощью натурных испытаний и показывающий нагружающие свойства гидротрансформатора; D наибольший активный диаметр рабочей полости ГТД; н - угловая скорость насосного колеса. Крутящий момент на турбинном колесе ГДТ вычисляется как Mт = К Mн , где К - коэффициент трансформации, показывающий преобразующие свойства ГДТ и определяемый с помощью натурных испытаний.
КПД гидротрансформатора определяется по выражению η = Nт / Nн = т Mт / ( н Mн) = iтн К , где Nт, Nн – мощности на турбинном и насосном колёсах; iтн = н / т - передаточное отношение ГДТ. Для гидромуфты в интервале 0, 05 < iтн < 0, 95 справедливо К 1. Поэтому = iтн ( max 0, 98), то есть Mт Mн. Свойство автоматического приспособления к моменту нагрузки M в гидротрансформаторе достигается за счёт наличия реакторного колеса с моментом на корпусе Mр. В связи с этим справедливо соотношение Mт = Mн Mр.
35. В зависимости от изменения коэффициента момента насосного колеса н , различают ГДТ “непрозрачные”, с “прямой прозрачностью” и с “обратной прозрачностью”. В первых указанных ГДТ изменение нагрузки на турбинном колесе (Mт = var) никак не влияет на момент насосного колеса Mн , а значит и на работу двигателя. Машины оборудованные такими ГДТ имеют наилучшую приёмистость при прочих равных условиях. Работа двигателей машин с “прозрачными” гидротрансформаторами аналогична машинам с механическими трансмиссиями, то есть при увеличении M , а значит и Mт , угловая скорость насосного колеса н , а значит и коленчатого вала двигателя уменьшается и наоборот.
Характеристики наиболее типичного ГТД выглядят следующим образом. н К э 0, 7 1 0 1 iтн 0 iэmin iэmax 1 Характеристики ГДТ Основными оценочными показателями гидротрансформатора являются: - максимальный КПД на режиме трансформации крутящего момента (обычно max 0, 8. . . 0, 9); - рабочий диапазон DГДТ = iэmax / iэmin (обычно DГДТ = 2. . . 3); - коэффициент трансформации на стоповом режиме, то есть при остановленном турбинном колесе (обычно К 0 = 2, 5. . . 3, 5); - прозрачность.
37. Финишными элементами трансмиссии являются полуоси. Это валы, которые передают крутящий момент от дифференциала к ведущим колёсам самоходной машины. В зависимости от способа установки подшипников ступиц ведущих колёс, условно различают полуоси “полуразгруженные” и “разгруженные” от изгибающих моментов Mиз =Rz b. Последние применяют на тяжёлых машинах. Rz b Схемы установки полуосей
Скачать презентацию Коробка передач КП предназначена для изменения крутящего момента
ДВС 10 (тема ... 23).ppt