Методика и порядок определения передаточных чисел трансмиссии колесных машин

Трансмиссии с включенной I передачей коробки передач используются для того, чтобы:

– обеспечить трогание с места тягача или автопоезда с грузом;

– преодолеть максимально возможные дорожные сопротивления ( и ).

К колесам тягача при трогании с места необходимо подвести тяговое усилие, большее суммы сопротивлений и требуемое на перемещение тягача вместе с прицепом, т. е. .

Общее передаточное число трансмиссии на I передаче определяется из условия преодоления машиной максимальных дорожных сопротивлений в грузовом режиме (с грузом):

, (3.1)

где – сила тяги, Н; берется по данным расчета пункта 2.1;

– крутящий момент на валу двигателя, , берется по данным расчета пункта 2.5;

– динамический радиус колеса, м;

– к.п.д. трансмиссии (величина выбрана при расчетах в пункте 2.1).

Для приближенного определения динамического радиуса колеса необходимо вычислить нагрузку на одно колесо (шину) машины:

, (3.2)

где n – общее число шин.

По нагрузке на колесо подбирается шина соответствующего размера, и радиус колеса определяется по формуле:

,

или, если известен наружный диаметр шины D, радиус шины можно определить: , (3.3)

где – высота профиля шины, дюйм;

d – диаметр обода, дюйм;

l – коэффициент радиальной деформации шины,

l = 0,93 … 0,94 – шины низкого давления (р_ш < 0,45 МПа),

l = 0,94 … 0,97 – шины высокого давления (р_ш > 0,45 МПа).

Общее передаточное число трансмиссии на I передаче, исходя из условия сцепления, определяют из уравнения:

, (3.4)

где – вес машины с грузом, приходящийся на ведущие колеса машины, Н;

m – коэффициент перераспределения веса машины, для полноприводных машин m = 1, для неполноприводных m = 1,1 … 1,3.

Окончательный выбор общего передаточного числа трансмиссии на I передаче производится при соблюдении следующего условия:

. (3.5)

Передаточное число трансмиссии на высшей передаче машины без груза с максимальной скоростью:

, (3.6)

где – номинальная частота вращения коленчатого вала, об/с.

Общее передаточное число трансмиссии представляет собой произведение передаточных чисел коробки передач i _к, раздаточной коробки i _р, главной передачи i _гл, конечной (колесной) передачи i _кп:

, (3.7)

где – передаточное число, обеспечиваемое главной (центральной) и конечной (колесной) передачами.

Тогда аналогично равенству (3.7) можно записать:

, (3.8)

, (3.9)

где , – передаточные числа в коробке передач на I и высшей передачах;

, – передаточные числа в раздаточной коробке на низшей и высшей ступенях (передачах).

Колесные машины со всеми ведущими колесами требуют для передачи вращения нескольким мостам применение раздаточной коробки одно- или двухступенчатого типа.

Как правило, колесные лесотранспортные машины снабжаются коробками передач с пятью ступенями (в виде исключения могут применяться коробки с семью – десятью ступенями). В современных конструкциях трансмиссий имеется тенденция объединять дополнительные редукторы (делители) и коробки передач в одном агрегате, что уменьшает их общий вес и упрощает конструкцию и управление.

В коробках с пятью и более ступенями одна из передач иногда является ускоряющей, т. е. при ее включении обеспечено движение автомобиля на максимальной скорости с частотой вращения двигателя меньшей, чем предельно установлено заводом. Введение в коробку передач ускоряющей передачи дает возможность лучше использовать мощность двигателя, повысить максимальную скорость автомобиля без форсирования двигателя и улучшить экономические показатели машины. При установке ускоряющей передачи в коробке передач ее передаточное число выбирается в пределах 0,6 … 0,8, а в раздаточной коробке 1,0 … 1,3. Следовательно, передаточное число главной и конечной передач может быть определено из равенства (3.10):

. (3.10)

В современных тихоходных тягачах и автомобилях большой грузоподъемности главная передача должна иметь сравнительно большое передаточное число, что затрудняет конструктивное ее размещение в одном агрегате и уменьшает просвет под задним мостом (клиренс). В связи с этим главную передачу расчленяют на две: одну, расположенную вместе с дифференциалом в заднем мосту, – центральную, другую (колесную) – со стороны колес. Последняя выполняется либо в виде одной пары цилиндрических шестерен, либо в виде планетарной передачи. Второй вариант обеспечивает при сравнительно большом передаточном числе компактную конструкцию всего механизма.

Общее передаточное число главной передачи в случае наличия центральной и конечной передач может быть разбито на два, исходя из следующих зависимостей:

, (3.11)

. (3.12)

Иногда используются, несмотря на сложность конструкции, так называемые двухступенчатые главные передачи, в которых возможно изменение передаточного числа главной передачи (ЗИЛ – 130В). Изменение передаточного числа осуществляется перемещением шестерен (кареток) в картере заднего моста. Такие конструкции могут заменять ускоряющую передачу в коробке передач. При этом получается два набора передаточных чисел трансмиссии, соответствующих двум ступеням главной передачи. Преимущества таких передач: улучшение использования мощности двигателя, уменьшение расхода топлива и износа деталей кривошипно-шатунного механизма.

Одна из передач выбирается с условием получения достаточно высоких динамических качеств автомобиля при движении с полным грузом. Второе передаточное число устанавливают с расчетом на обеспечение хороших динамических качеств и высокой средней скорости движения незагруженной машины.

Минимальное число ступеней в коробке передач, обеспечивающее перекрытие кривых сил тяги, определяют по формуле:

n = [ ] + 1.

Знаменатель прогрессии для разбивки передаточных чисел в коробке передач определяется из равенства:

. (3.13)

При известном значении общего передаточного числа на I передаче передаточное число I передачи коробки передач может быть определено из равенства (3.8):

. (3.14)

Однако равенство (3.14) справедливо, когда на машине отсутствует раздаточная коробка (или двухступенчатый редуктор), т. е. когда =1. При наличии раздаточной коробки (редуктора) из равенства (3.14) определяют произведение передаточных чисел коробки передач на I и раздаточной – на низшей передачах:

, (3.15)

, (3.16)

, (3.17)

, (3.18)

, (3.19)

где является постоянной величиной на различных передачах в коробке передач.

При наличии в коробке передач ускоряющей (высшей) передачи, как правило, ей предшествует прямая передача.

Очевидно, что при пятиступенчатой коробке с ускоряющей передачей на IV передаче .

Тогда из уравнения (3.18) определяют передаточное число раздаточной коробки (редуктора) на низшей передаче:

, (3.20)

где – передаточное число в коробке передач на прямой передаче.

В выполняемых моделях колесных машин передаточные числа раздаточной коробки (редуктора) на I (низшей) передаче находятся в пределах 1,4 … 2,26.

После определения находят передаточные числа в коробке передач на каждой передаче:

, (3.21)

, (3.22)

, (3.23)

. (3.24)

Передаточное число в коробке передач на высшей передаче принималось ранее 0,6 … 0,8.

После установления передаточных чисел в раздаточной коробке (редукторе) из равенства (3.14) определяются передаточные числа коробки передач на разных передачах.

Расчетные значения передаточных чисел коробки передач необходимо корректировать с соблюдением условий:

. (3.25)

Корректирование (перекрытие кривой силы тяги на одной передаче кривой силы тяги на последующей) необходимо для обеспечения плавного перехода с одной передачи на другую при переключении передач.

Перекрытие происходит в том случае, если переключение передач осуществляется с разгоном двигателя до оборотов, соответствующих максимальной мощности, а за время переключения передач частота вращения вала двигателя снижается до частоты, соответствующей максимальному моменту.

Установив передаточные числа всех агрегатов трансмиссии и имея внешнюю скоростную характеристику двигателя, переходят к расчету параметров тяговой (динамической) характеристики машины, динамического паспорта или мощностного баланса.