О процессе переключения передач в коробке передач с отключаемыми шестернями

НАЗЕМНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА: ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ

УДК 629.113-585.1 С.С. Гулезов

Курганский государственный университет

О ПРОЦЕССЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ В КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ С ОТКЛЮЧАЕМЫМИ ШЕСТЕРНЯМИ

Аннотация. Анализируется процесс переключения передач в коробке передач с отключаемыми шестернями. Проведена оценка необходимых параметров синхронизатора, переключающего режим работы такой коробки передач. Показана принципиальная возможность и целесообразность применения трехвальных коробок передач такой схемы.

Ключевые слова: автомобиль, коробка передач, потери, снижение, механизм переключения.

S.S. Gulezov Kurgan State University

ON THE PROCESS OF SWITCHING GEARS IN THE GEARBOX WITH SWITCHABLE GEARS

Abstract. The article examines the process of switching gears in the gearbox with switchable gears. The study estimated the required parameters of the synchronizer switching the operation of such a gearbox. The principal possibility and practicability of a three-shaft transmission of such a design is shown.

Index terms: automobile, gearbox, loss, reduction, switching mechanism.

ВВЕДЕНИЕ

В работе [1] предлагается схема трехвальной коробки передач с отключаемыми шестернями при движении

на прямой передаче. Показано, что на таком режиме движения КПД коробки передач может достигнуть значения 99,0...99,7%. Это особенно существенно для автомобилей, длительно двигающихся на прямой передаче, например для магистральных автопоездов, т.к. приводит к снижению расхода топлива и улучшает экологию. Для оценки практической возможности реализации такой схемы в настоящей работе выполнен анализ процесса переключения передач при смене режима работы «прямая передача - понижающие передачи» и определены параметры наиболее нагруженного синхронизатора.

1 Анализ процесса переключения передач в коробке с отключаемыми шестернями

На рисунке 1 показана кинематическая схема пятиступенчатой трехвальной коробки передач с отключаемыми шестернями на прямой передаче.

Шестерня 1 привода промежуточного вала 2 коробки передач свободно закреплена на первичном валу 4. Вторичный вал составной, состоит из внутреннего сплошного вала 6 и внешнего полого вала 7. Сплошной вал передает момент только на прямой передаче, а на полом закреплены шестерни промежуточных передач. На рисунке 1 а показан режим прямой передачи. Муфта 3 соединяет первичный вал 4 и внутренний сплошной вал 6, а муфта 5 отключает полый вал 7, при этом все шестерни коробки передач не вращаются. Нагружены только подшипники первичного и вторичного вала, гидравлические потери полностью исключаются. Режим работы, сходный с работой обычной трехвальной коробки на понижающих передачах, показан на рисунке 1 б.

Одним из недостатков такой схемы является более сложный механизм переключения передач по сравнению с механизмом переключения трехвальной коробки передач традиционной схемы. Необходимо также выполнить и анализ самого процесса переключения.

Для оценки возможности реализации указанной схемы на основе трехвальной коробки передач грузового автомобиля была спроектирована коробка передач с отключаемыми на прямой передаче шестернями, представленная на рисунке 2.

а - режим прямой передачи; б - режим понижающих передач Рисунок 1 - Кинематическая схема коробки передач с отключаемыми шестернями на прямой передаче

6

а

1 - первичный вал; 2 - шестерня привода промежуточного вала; 3 - синхронизатор переключения режима «понижающие передачи - прямая передача»; 4 - синхронизатор ¡¡¡-¡V передач; 5 - полый вал; 6 - муфта

Рисунок 2 - Коробка передач с отключаемыми шестернями на прямой передаче

При движении на понижающих передачах синхронизатор 3 переключения режима «понижающие передачи -прямая передача» и муфта 6 находятся в переднем (левом) положении. При этом шестерня 2 привода промежуточного вала соединена с первичным валом 1, а полый вал 5 - со сплошным валом 7. В этом состоянии реализуется схема обычной трехвальной коробки передач.

Для перехода с IV на V (прямую) выключается IV передача, синхронизатор 3 переключения режима «понижающие передачи - прямая передача» и муфта 6 перемещаются вправо, при этом вначале отключается шестерня 2 привода промежуточного вала от первичного вала и полый вал 5 от сплошного вала 7, а затем при дальнейшем движении синхронизатора 3 первичный вал 1 соединяется со сплошным валом 7. Все вращающиеся детали отключаются от первичного вала и останавливаются.

Процесс переключения на понижающие передачи происходит в обратном порядке. Особенности этого процесса заключаются в том, что для включения IV передачи синхронизатор 4 должен разогнать инерционные массы коробки передач из неподвижного состояния до скорости вращения вторичного вала.

2 Оценка параметров синхронизатора включения понижающих передач

Для оценки требуемых параметров такого синхронизатора были выполнены расчеты по методике, изложенной в работе [2].Там же приведены конструктивные и режимные параметры синхронизаторов коробки передач КамАЗ, тип 15.

Необходимый момент трения синхронизатора:

м ц = з ъ и2 АФ нач / гс,

где - суммарный приведенный момент инер-

ции деталей коробки передач, угловая скорость которых меняется в процессе переключения передач;

и - передаточное число от вала, к которому приводится момент инерции, к включаемому зубчатому колесу;

А© „ -

начальная разность угловых скоростей вала

и установленного на нем включаемого зубчатого колеса; tc - время синхронизации. Момент трения синхронизатора:

м, = / sin у,

где ju - коэффициент трения, р=0,06; Q - осевая сила;

г- средний радиус поверхности трения; Y - половина угла конуса выравнивающей поверхности синхронизатора. Осевая сила:

Q = NM sin y;

нормальная сила на поверхности трения

= PN S u,

где Рм - среднее давление на поверхности трения, Рм =1,4 МПа;

Б - площадь поверхности трения синхронизатора;

Я, = 2яЬм гм,

где Ь - ширина кольца поверхности трения.

Расчеты показывают, что параметры рассматриваемого синхронизатора соизмеримы с параметрами синхронизатора II передачи коробки КамАЗ, тип 15. Может также рассматриваться и возможность использования многодискового синхронизатора. Первичный и полый

52

ВЕСТНИК КГУ, 2014. № 2

валы имеют малый момент инерции. Для изменения их скоростей вращения при переключении режимов работы коробки передач могут использоваться синхронизаторы малой энергоемкости или муфты легкого включения. Управление этими элементами переключения может быть организовано по принципу пневмомеханической системы управления делителем коробки передач автомобиля КамАЗ.

В таблице 1 приведены сравнительные параметры анализируемого синхронизатора и синхронизатора II передачи коробки передач КамАЗ, тип 15.

Таблица 1 - Конструктивные и режимные параметры синхронизаторов

Параметры синхронизатора Синхронизатор II передачи коробки КамАЗ, тип 15 Синхронизатор IV передачи коробки передач с отключаемыми шестернями

ru, мм 92 110

bu, мм 17 32*

te, с 1,18 1,00

Ji, кгм2 0,22 0,22

о, н 1672 1600

Мц, Нм 75,7 86,5

'значение выбрано для обеспечения удельной работы буксования = 25 Дж/см2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализируется процесс переключения передач в коробке передач с отключаемыми шестернями. Проведена оценка необходимых параметров синхронизатора, переключающего режим работы такой коробки передач. Показана принципиальная возможность и целесообразность применения трехвальных коробок передач такой схемы.

Список литературы

1 Гулезов С. С. Снижение потерь в автомобильных механических

коробках передач //Вестник Курганского государственного университета. Серия «Технические науки». 2011. №1(6). С. 25-27.

2 Проектирование трансмиссий автомобилей: справочник/под общ.

ред. А.И. Гришкевича. М.: Машиностроение, 1984, 272 с.

УДК 621.882.620.1783 В.К. Набоков

Курганский государственный университет

ИНЕРЦИОННЫЕ ПОТЕРИ В ГУСЕНИЧНОМ ОБВОДЕ

Аннотация. В статье рассмотрен вопрос инерционных потерь, связанных с переменной скоростью движения звеньев на участках гусеничного обвода. Приведены формулы для расчета этих потерь, и даны рекомендации по оптимизации конструкции звенчатого гусеничного обвода.

Ключевые слова: гусеничный обвод, звено гусеницы, угловая скорость, угловое ускорение, сила инерции, момент, масса, работа, мощность.

V. К. Nabokov Kurgan State University

INERTIAL LOSSES IN A CATERPILLAR TRACK

Abstract. The article deals with the problem of inertial losses connected with the variable speed of the track links on certain sections of the caterpillar track. The work provides the formulae for calculating such losses and recommendations on structural optimization of a link caterpillar track.

Index Terms: caterpillar track, caterpillar track, rotational speed, rotary acceleration, inertial force, moment, weight, performance, capacity.

ВВЕДЕНИЕ

Нагруженность ветвей гусеничного обвода при их продольных и поперечных колебаниях с учетом массовых характеристик звеньев и режимов их движения подробно рассмотрена в книге В.Ф. Платонова [1]. Является актуальным исследование потерь мощности в гусеничном обводе, в том числе инерционных потерь, связанных с угловым поворотом звеньев при вращении гусеничного обвода. Известно [2], что каждая точка гусеничного обвода, представленного в виде гибкой ленты, совершает за полный оборот обвода абсолютное движение по траектории, показанной на рисунке 1 пунктирной линией. При этом траектория движения включает 4 криволинейных участка (циклоиды) и 3 прямолинейных участка (2-3, 4-5, 6-7). Длина участка 8-1, лежащего на грунте, равна длине опорной базы гусеничного обвода. При этом каждая точка обвода находится в покое при ее расположении на опорной базе. На прямолинейных участках траектории абсолютная скорость точки обвода изменяется по направлению (вдоль участков обвода) и величине (от «0» на грунте до удвоенной скорости машины на горизонтальном участке обвода). За полный оборот обвода звено гусеницы, которое является частью звенчатого обвода, поворачивается на угол 2 TZ рад. При этом при переходе звена с прямолинейного участка траектории на криволинейный, появляется скачок угловой скорости, который равен отношению относительной скорости обвода к радиусу колеса:

д

К'

где VM - скорость машины, R - радиус колеса в обводе.

Для упрощения анализа принимается допущение: углы наклона передней и задней ветвей гусеничного обвода равны центральному углу звена на радиусе его оме-тания на колесе обвода, а диаметры колес обвода одинаковы. Если принять допущение, что гусеничный обвод