Определение передаточного числа главной передачи

Литература

  • ГОСТ 16530-83. ПЕРЕДАЧИ ЗУБЧАТЫЕ; общие термины, определения и обозначения. — официальное. — Москва: ИПК Издательство стандартов, 1983. — 51 с.
  • ГОСТ 19587-74. ПЕРЕДАЧИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ; термины и определения. — официальное. — Москва: ИПК Издательство стандартов, 1974. — 37 с.
  • Фещенко В. Н. Справочник конструктора. Книга 1. Машины и механизмы: учебно-практическое пособие / В. Н Фещенко. — 3-е изд. ипр. и доп. — М.: Инфра-Инженерия, 2019. — С. 23. — 400 с. — ISBN 978-5-9729-0252-1.
  • Н.В.Филичкин. Анализ планетарных коробок передач транспортных и тяговых машин. — официальное. — Челябинск: ЮУрГУ, 2008. — 178 с. — ISBN 5-696-03134-X.
  • В.М.Шарипов. Планетарные коробки передач колёсных и гусеничных машин. — официальное. — Москва: МГТУ МАМИ, 2000. — 142 с. — ISBN 5-94099-007-X.

Что такое зубчатая передача

В данном случае речь идет про механическое соединение двух, либо большего числа валов, приводящихся в движение благодаря специальным колесам, на чьей поверхности расположены соответствующие зубья. Данный вариант совмещения можно подразделить по следующим параметрам:

  • расположению рабочих элементов в корпусе;
  • вычисляемой скорости вращения колесной оси;
  • уровню защиты механизма от воздействия из вне;
  • типу, а также форме зубьев.

Здесь необходимо принимать во внимание тот факт, что наиболее значимая роль в работе всего механизма отведена передаточному отношению зубчатой передачи. Вычислить эти сведения можно благодаря стандартному выражению

Для поиска точных сведения подставляются различные параметры (к примеру, число зубьев). Здесь I12 – это передаточное отношение от первого звена ко второму (1 – ведущее звено, 2 – ведомое звено). Параметры d – диаметры звеньев. Переменные Z – число зубьев. Показатели M – крутящий момент для звеньев. W – угловые скорости звеньев, n – частота вращения звеньев.

В данном случае необходимо принимать во внимание тот факт, что конечный показатель напрямую зависит от числа присутствующих звеньев. Преимущество подобного соединения в том, что здесь присутствует постоянство реального, а также расчетного передаточных отношений

Именно поэтому, здесь отсутствует так называемый эффект проскальзывания. В зависимости от числа шестеренок и количества колес зубчатыми звеньями, оказывается значительное влияние на окончательную величину данного показателя.

Если же говорить про цилиндрические передачи, то здесь конечный параметр, за исключением указанных выше моментов, зависит от расстояния между осями. На практике, цилиндрические зубчатые механизмы очень часто применяются в автомобилестроении при производстве легкового и грузового транспорта. Наиболее часто подобные соединения встречаются в трансмиссии. Стоит отметить, что зубчатая передача выделяется наибольшим коэффициентом отдачи мощности. На практике, этот механизм способен вырабатывать до 4 500 кВт при условии, что передаточное число достигает 6,3.

Также некоторое распространение получили не только цилиндрические элементы, но и конструктивные компоненты с зубьями конического вида. Для них применяется ортогональное сочленение. Для того, чтобы рассчитать передаточное отношение конической передачи, требуется учитывать делительные диаметры, число зубьев, а кроме того, предусмотренные углы конусов. В конечном итоге, чтобы получить прочное поступательное движение на практике применяют соединение реечного типа. По конструкции этот механизм состоит из рейки со специальными зубьями, а также шестерни. При использовании реечной передачи обязательно нужно учитывать число зубьев на колесе, диаметр окружности, а также количество зубцов на самой рейке.

Аналитическое определение передаточного отношения планетарного механизма

Рассмотрим порядок
получения формулы для расчета
передаточного отношения
планетарного
механизма через известные числа зубьев
его колес на примере редуктора Джемса
(рис.1) или (рис.2,а).

Входным звеном в
этом механизме является солнечное
колесо 1, а выходным — водило Н.

Тогда искомым
является выражение
==?,
(2.1)

где обозначение
читается как “передаточное отношение
от 1-го колеса к водилу Н при неподвижном
3-м колесе”.

Для определения
передаточного отношения планетарного
механизма используется метод обращения
движения или метод остановки (“фиксации”)
водила.

Для реализации
этого метода всем звеньям механизма
сообщается дополнительное воображаемое
вращательное движение вокруг центральной
оси О1Он
с угловой скоростью (- н).
Тогда получим новый — обращенный
механизм, который будет примечателен
тем, что его звено Н , бывшее ранее
водилом, станет неподвижным. Следовательно,
неподвижным станет и центр О2,
т.е. обращенный механизм будет представлять
собой обычную зубчатую передачу с
неподвижными осями вращения колес. При
этом угловые скорости звеньев нового
обращенного механизма будут равны:

— солнечного колеса
1 — 1
=1-н;

— корончатого
колеса 3 — 3=0-н=-н;

— водила Н —
н=н-н=0.

Таким образом,
при остановленном водиле ведомым звеном
становится корончатое колесо 3, и
передаточное отношение обращенного
механизма будет равно

=1-(2.2)

Следовательно,
искомое передаточное отношение
планетарного механизма
будет равно:

=1-(2.3)

где U(н)13
является передаточным отношением
обычной зубчатой передачи с неподвижными
осями, для которой по формуле Виллиса:

(2.4)

Тогда, подставляя
полученное значение, имеем для
планетарного механизма редуктора
Джемсa:

=1+.
(2.5)

Аналогично можно
вывести формулы для определения
передаточных отношений механизмов,
изображенных на рис.2.б, рис.3, а и б:

— для схемы на
рис.2.б:
=1+
; (2.6)

— для схемы на
рис.3.а:
;
(2.7)

— для схемы на
рис.3.б:
=
. (2.8)

При назначении
чисел зубьев колес планетарной передачинеобходимо
учитывать ряд требований и условий,
важнейшие из которых следующие.

1. Числа зубьев
Z1,
Z2
должны быть целыми числами.

2. Сочетание чисел
зубьев колес должно обеспечивать
требуемое передаточное отношение Uпл
с допустимой
точностью ±3 % .

3. При отсутствии
специальных требований желательно
использовать в передаче нулевые колеса.
Это ограничение записывают в форме
отсутствия подреза зубьев: для колес
с внешними зубьями, нарезанными
стандартным инструментом, Zi
≥ Zmin=17;
для колес с внутренними зубьями – Zi
≥ Zmin=85.

4. Оси центральных
колес и водила Н планетарной передачи
должны лежать на одной прямой для
обеспечения движения точек по соосным
окружностям (условие
соосности ).

5. При расположении
сателлитов в одной плоскости, т. е. без
смещения в осевом направлении, соседние
сателлиты должны быть расположены так,
чтобы между окружностями вершин
обеспечивался гарантированный зазор

(условие
соседства)
:

(
Z1+Z2)sin
>Z2+2,
(3.1)

где k
– число сателлитов.

6. Сборка нескольких
сателлитов должна осуществляться без
натягов так, чтобы зубья всех сателлитов
одновременно вошли во впадины солнечного
и корончатого колес:

,
(3.2)

где Z1
число зубьев центрального колеса,
k-число
сателлитов, р — число оборотов водила,
Сo-целое
число.

Рассмотрим порядок
синтеза планетарных механизмов,
представленных на рис. 2 и рис. 3.

Передаточные числа в коробке передач

Изменение числа оборотов на разных передачах: давайте представим себе две шестерни у одной будет 10 зубцов, а у второй 20. Так как вторая шестерен больше, она успеет сделать только один оборот, следовательно первая сделает два вращения. Таким образом у разных шестерен разная скорость оборотов за минуту.

Пусть у нас будет 4 шестерни:

  • Первая, будет иметь 10 зубцов.
  • Вторая, будет иметь 20 зубцов.
  • Третья, будет иметь 10 зубцов.
  • И четвертая будет также как и вторая – 20 зубцов.

Пусть, первичный вал и первая шестерня будут вращаться со скоростью, к примеру 4000 оборотов за минуту. Тогда вторая шестерня будет вращаться медленней, исходя из вышесказанного, то есть – 2000 оборотов за минуту. Третья шестерня будет тоже делать 2000 оборотов за минуту, так как она закреплена на одном валу со второй шестерней. Получается, что четвертая шестерня будет самой медленной – 1000 оборотов за минуту.

Высчитав обороты за минуту, можно узнать передаточное число. Передаточное число двух пар первой и второй будет 2. Общее передаточное число 4. Это получается, что вторичный вал будет вращаться меньше в 4 раза. Вторичный вал может находится в состоянии покоя, что будет обеспечивать нейтральную передачу. Этого можно достигнуть путем съема зацепенения с третьей и четвертой шестерни. В автомате нейтральная передача необходима для буксировки автомобиля, используется во время поломки. В механической коробке используется для работы автомобиля если он долго стоит на месте в заведенном состоянии. Так или иначе, эта передача необходима любому автомобилю, но на автомате вы можете ни разу и не включить ее, за все время пользования машиной.

Так как коробка передач обладает большим набором шестерен, зацепив разные пары мы можем изменять передаточные числа.

Когда передаточное число 1, это обычно так называемая – 4 передача. На ней все валы вращаются одинаково. На самых мощных передачах 1-ой и передаче заднего хода двигатель обычно не испытывает перегрузок, но скорость езды автомобиля очень низкая.

Первая передача включается сразу, как только водитель садится за руль. Первая передача позволяет завести машину и сдвинуть ее с места, далее скорость увеличивается до передачи, комфортной для езды водителю. Водитель может переключаться на слабые и на мощные передачи. Все переключения на слабые передачи происходят последовательно, на сильные передачи можно переключиться перепрыгнув передачу, но так делать нежелательно. Например, с третьей передачи, можно сразу переключиться на пятую, тем самым пропуская четвертую передачу.

Если вы обладатель КПП, то все передачи будут изменяться плавно. За это отвечает гидравлическое или механическое преобразование крутящего элемента.

Чаще всего по трассе ездят на высокой скорости на 4 и 5 передачах, это обусловлено не только экономией времени, но и экономией топлива.

Ни в коем случае нельзя быстро переключать передачи резкими движениями, так как это может навредить корректной работоспособности коробки. Передачи должны переключаться плавно, чтобы успели срабатывать синхронизаторы.

Влияние передаточного числа на динамику

Передаточное число – величина вычисляемая, она находится отношением числа зубьев ведомой шестерни к количеству ведущей. Чем выше это значение, тем двигатель быстрее накрутит нужное количество оборотов и разгонит автомобиль более стремительно. «Супер!», – скажете вы, но ошибетесь в главном – максимум скорости в этом случае будет меньшим, а переключать передачи вам придется намного чаще. Поэтому производители придерживаются средних значений передаточных чисел КПП, создавая многоступенчатые конструкции.

Сначала конструкции КПП содержали 3 вала, где 3-я передача являлась прямой и позволяла достигать предельной скорости. Последующая же регулировка скорости сводилась к уменьшению оборотов двигателя через подачу топлива, в этом случае эффект управления скоростью достигался, но терялась экономичность авто совершенно. Поэтому количество передач увеличили, и бывшая прямая третья стала четвертой или пятой, а далее достигла и более высоких ступней.

Передаточные числа механической коробки передач самой распространенной 5-скоростной КПП находятся в следующих диапазонах:

  • 1-я передача – от 3 до 4;
  • 2-я передача – от 2 до 2,9;
  • 3-я передача – от 1,2 до 1,9;
  • 4-я передача – от 0,9 до 1,2;
  • 5-я передача – от 0,7 до 0,9;
  • задний ход – от 3 до 4.

Если передаточные числа АКПП будут настроены неправильно, то комфорта от поездки за рулем добиться не удастся. А вот в АКПП передаточные числа при несбалансированности способны равномерное движение автомобиля превратить в езду на упрямом осле, сопровождающуюся постоянными рывками и необоснованно большим расходом топлива.

Оптимальными специалисты считают значения, расположенные близко друг к другу, тогда у автомобиля будет разгон без рывков при переключении скоростей. Такого дробления не удастся осуществить, если передач будет мало, поэтому чем больше передач – тем лучше для вашего комфорта при вождении. Особенно это касается машин с автоматом: если есть возможность выбора, то АКПП с 5-ю, 6-ю, 7-ю скоростями будет намного предпочтительнее 4АКПП. Здесь за вас скорости переключает автоматика, и чем чаще она будет это делать, тем быстрее выйдут из строя дорогостоящие механизмы.

Часто значения передаточных чисел указывают в характеристиках автомобиля. За этими цифрами стоит скрупулезный подбор производителем оптимальных значений. Каких-то идеальных величин, как при оценке других параметров, здесь не существует. Поэтому назвать одно значение плохим, а другое хорошим нельзя, так как коробки передач влияют на динамику машины, а тип вождения и предпочтения у владельцев авто зачастую кардинально различны, и сложно рассматривать КПП отдельно от всего «организма» машины. Все скоростные режимы и рекомендации завода-изготовителя формируются только после определения передаточных чисел, ибо они должны учитывать такие нюансы, как:

  • комфорт в управлении автомобилем, исключающий частое переключение передач как на механике, так и на автомате;
  • хорошие показатели динамики автомобиля;
  • все передачи должны работать слаженно, чтобы ни один режим поездки не выбивался из заданного ритма;
  • расход топлива должен быть нормальным и соизмерим заявленной литражности, перегазовок быть не должно;
  • длинная последняя передача способна разогнать авто до максимальной скорости;
  • должна быть полная совместимость двигателя и передаточных чисел.

Последний пункт поясним немного подробнее. Для каждого двигателя разработчики создают коробку с заданными передаточными числами, поэтому задумываясь о замене КПП, вариант неродной коробки даже не стоит рассматривать. С данной модификацией вы можете приобрести массу проблем. Если новая коробка взята от такого же двигателя, но более мощного, то вам гарантирован больший износ мотора и не слишком удобное переключение скоростей, но к этому со временем можно привыкнуть, а вот преждевременный износ двигателя – вещь малоприятная.   

Не лучше ситуация получается и при обратной замене – коробку взяли из пары, где двигатель был слабее. Этой модификацией вы обделите себя по потенциалу машины и увеличите топливные затраты на поездку.

Таким образом, для полноценной работы автомобиля в нем должна располагаться родная трансмиссия. Но народные умельцы автомобильного тюнинга уже научились менять в машине передаточное число, используя новые шестерни в рядах и получая другие характеристики модели. Такие модификации часто проводят с автомобилями ВАЗ. Следствие этого – более интенсивный разгон автомобиля, но приходится жертвовать максимальной скоростью.

Передаточное число гоночных автомобилей также разительно отличается от серийных моделей, ибо перед ними стоят другие задачи эксплуатации.

Литература

  1. Под ред. Скороходова Е. А. Общетехнический справочник. — М.: Машиностроение, 1982. — С. 416.
  2. Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — С. 416. — ISBN 5-7695-1384-5.
  3. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И. Н. Жестковой. — 8-е изд., перераб. и доп.. — М.: Машиностроение, 2001. — ISBN 5-217-02962-5.
  4. Курмаз Л. В. Детали машин. Проектирование// Л. В. Курмаз; А. Т. Скойбеда — 2-е изд., испр. и доп. — Мн.: УП «Технопринт», — 2002. — 296с.,ил.
  5. Чернавский С. А., Боков К. Н. Курсовое проектирование деталей машин. — 1988.

Особенности зубчатого механизма

Такие механизмы предназначены для того, чтобы передавать вращение от одного зубчатого колеса к другому, используя зацепление зубцов. У них относительно малые потери на трение по сравнению с фрикционами, поскольку плотный прижим колесной пары друг к другу не нужен.

Зубчатый механизм

Пара шестерен преобразует скорость вращения вала обратно пропорционально соотношению числа зубцов. Это соотношение называют передаточным числом. Так, колесо с пятью зубьями будет вращаться в 4 раза быстрее, чем состоящее с ним в зацеплении 20-зубое колесо. Крутящий момент в такой паре уменьшится также в 4 раза. Это свойство используют для создания редукторов, понижающих скорость вращения с возрастанием крутящего момента (или наоборот).

Если необходимо получить большое передаточное число, то одной пары шестерен может быть недостаточно: редуктор получится очень больших размеров. Тогда применяют несколько последовательных пар шестерен, каждую с относительно небольшим передаточным числом. Характерным примером такого вида является автомобильная коробка передач или механические часы.

Зубчатый механизм способен также изменять направление вращения приводного вала. Если оси лежат в одной плоскости — применяют конические шестерни, если в разных- то передачу червячного или планетарного вида.

Планетарный зубчатый механизм

Для реализации движение с определенным периодом на одной из шестерен оставляют один (или несколько) зубец. Тогда вторичный вал будет перемещаться на заданный угол только каждый полный оборот ведущего вала.

Если развернуть одну из шестерен на плоскость – получится зубчатая рейка. Такая пара может преобразовывать вращательное движение в прямолинейное.

Определение передаточного числа главной передачи.

Передаточ­ное число главной передачи находят исходя из максимальной ско­рости автомобиля на высшей передаче, заданной техническими условиями на проектируемый автомобиль.

Значение передаточного числа главной передачи определяют по формуле

Ur=3,6(wmaxrk)/VmaxUkUд

где vmax — максимальная скорость автомобиля, км/ч; wmах — мак­симальная угловая скорость коленчатого вала, рад/с; rk — радиус колеса, м; Uk — передаточное число коробки передач на высшей передаче; ид — передаточное число дополнительной коробки пе­редач на высшей передаче (ид = 1).

Полагают, что передаточные числа коробки передач на выс­шей передаче имеют следующие значения: ик= 1,0 — для прямой передачи и ик = 0,9…1,0 — для повышающей передачи легковых автомобилей; ик — 1,0 — для грузовых автомобилей с числом пере­дач не более шести; ик = 0,7…0,8 — для многоступенчатых коро­бок передач грузовых автомобилей.

Найденное расчетным путем передаточное число главной пе­редачи UТ должно иметь следующие значения: не более 5,0 — у легковых автомобилей; не более 7,0 — у грузовых автомобилей грузоподъемностью до 8 т; не более 8,0 — у грузовых автомобилей грузоподъемностью свыше 8 т.

Расчетное значение передаточного числа главной передачи не­обходимо сравнить с существующими передаточными числами главных передач автомобилей аналогичного типа и назначения. В том случае, если у новой модели автомобиля проектируется ве­дущий мост, то это значение передаточного числа уточняют с учетом числа зубьев шестерен главной передачи.

Определение передаточного числа первой передачи коробки передач. Определение передаточных чисел промежуточных ступеней коробки передач.

При опре­делении передаточных чисел коробки передач нужно помнить о том, что I передача предназначена для преодоления максималь­ного сопротивления дороги. Промежуточные передачи коробки пе­редач используются при разгоне автомобиля, преодолении повы­шенного сопротивления движению, работе автомобиля в услови­ях, не позволяющих двигаться с высокой скоростью (гололед, выбитая дорога, задержка впереди идущим транспортом и т.д.), а также при торможении двигателем на затяжных пологих спусках.

При расчете передаточных чисел сначала находят передаточ­ное число I передачи по заданному техническими условиями мак­симальному коэффициенту сопротивления дороги ψmах или мак­симальному динамическому фактору автомобиля по тяге Dmax на I передаче.

Это передаточное число определяют с помощью выражения, полученного из формулы для динамического фактора, пренебре­гая силой сопротивления воздуха, так как она незначительна при небольших скоростях движения:

u1=(Gaψmaxrk)/Mmaxηтрuгuд

где Ga — вес автомобиля с полной нагрузкой, Н; Mmax — макси­мальный крутящий момент двигателя, Н • м.

Полученное передаточное число I передачи коробки передач не гарантирует отсутствия буксования ведущих колес автомобиля. Чтобы не было буксования ведущих колес при движении на I пере­даче, необходимо выполнение следующего неравенства:

(Mmaxηтрuгuдu1)/ Gark≤Dсц=(mp2Ga2φx)/Ga

где Dсц — динамический фактор автомобиля по сцеплению; тР2 -= 1,20…1,35 — коэффициент изменения реакций на задних веду­щих колесах; Ga2 —- вес, приходящийся на задние колеса автомо­биля с полной нагрузкой, Н; фх= 0,6…0,8 — коэффициент сцеп­ления колес с дорогой.

Из этого соотношения определяют новое передаточное число I передачи, при котором буксования ведущих колес не будет:

u1=(mp2Ga2φxrk)/ Mmaxηтрuгuд

После проверки передаточного числа I передачи на отсутствие буксования ведущих колес автомобиля из двух найденных переда­точных чисел I передачи коробки передач для дальнейших расче­тов выбирают меньшее.

По этому значению передаточного числа I передачи и извест­ному значению передаточного числа высшей передачи определя­ют передаточные числа промежуточных передач.

Если высшая передача прямая (ип = 1), то для расчёта переда­точных чисел промежуточных передач используют следующее выражение:

Uk=

где п’ — число передач, не считая повышающую передачу и пере­дачу заднего хода; к — номер передачи.

Если высшая передача повышающая (ик < 1), то значение ее передаточного числа выбирают в соответствии с типом автомоби­ля, а остальные передаточные числа промежуточных передач рас­считывают с помощью приведенного выше выражения.

Передаточное число передачи заднего хода

Uзк=(1.2…..1,3)u1

Окончательное значение передаточного числа передачи задне­го хода определяют при компоновке коробки передач.

Рассчитанные передаточные числа коробки передач являются ориентировочными и при проектировании новой коробки пере­дач могут незначительно изменяться.

Замена главной передачи

Если вы недовольны динамикой вашего автомобиля, самый простой способ её исправить — замена главной передаточной пары. Это подразумевает установку нового дифференциала с другим внутренним передаточным числом. Меньшее число позволяет получить более длинную передачу, а большее число – короткий передаточный ряд. Это не позволит вам изменить плотность ступеней в коробке, но обеспечит смещение всего ряда в область тех значений, которые вам подходят.

В действительности, такие манипуляции с автомобилем — вовсе не панацея от всех бед, поскольку изменять вышеописанную величину можно лишь в очень небольшом интервале значений, в противном случае недостатки многократно превысят достигнутый положительный эффект. В этом случае стоит помнить и о том, что ваш спидометр потребует корректировки, постольку его значения уже не будут отражать реальную скорость автомобиля.

Такой тип тюнинга может быть относительно простым как в переднеприводном, так и в заднеприводном автомобиле, но в некоторых передне- и полноприводных автомобилях осуществить его невозможно. Многие автомобили используют трансмиссию, которая имеет встроенный дифференциал, что означает, что окончательное передаточное число не может быть так легко изменено.

Кроме того, некоторые автомобили (например, Audi R8) имеют разные главные передаточные пары в приводах на переднюю и заднюю оси.

К сожалению, все больше и больше автомобилей выбирают интегрированные устройства, что делает невозможным работу с ними, если вы не воспользуетесь услугами лицензированных тюнинг-ателье и не заплатите слишком большие суммы денег. В любом случае, производитель подбирал параметры трансмиссии, исходя из особенностей эксплуатации, характеристик мотора, возможной нагрузки и целевой аудитории автомобиля, так что внесение столь существенных изменений, давая выигрыш в одной из сфер использования, существенно сокращает остальные.

3.5. Основные выводы и рекомендации.

Планетарные
редукторы четырех рассмотренных типов
могут быть просто и достаточно оптимально
синтезированы по изложенной выше
методике.

Все рекомендации
по проектированию планетарных передач
сведены в табл.1, которая является
алгоритмом выбора типа передачи и
определения чисел зубьев всех колес
редуктора.

Планетарные
передачи с двумя внешними зацеплениями
(рис.3,а) имеют слишком большие радиальные
размеры и низкий к.п.д. и как силовые
применяются редко.

Число сателлитов
можно выбрать с помощью рис.4 или
определить их максимально допустимое
количество с помощью формул (3.10), (3.18)
или (3.29).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector