Выбор передаточных чисел агрегатов трансмиссии

Главная передача

Выбор передаточных чисел агрегатов трансмиссии автомобиля начинается с передаточного числа главной передачи. При этом исходят из условия обеспечения возможности движения с требуемой максимальной скоростью при включенной последней передаче в коробке передач и высшей передаче в раздаточной коробке. Максимальная скорость в км/ч может быть определена:

V_max = = 0,377× , (51)

где r_к – радиус качения колеса, м; n_e – частота вращения коленчатого вала, об/мин; и_кп , и_рк , и_гп – передаточные числа соответственно коробки передач, раздаточной коробки и главглй передачи.

Отсюда передаточное число главной передачи равно:

и_гп = 0,377× .

Если раздаточной коробки на автомобьле нет, при расчете в привеленных формулах ставится 1.

В зависимости от условий эксплуатации и требуемой максимальной скорости для одной базовой модели автомобиля могут изготавливаться несколько главных передач. Так, на автомобиле ЗИЛ-130 главная передача имеет передаточное число 6,32. На выполненном на его базе самосвале ЗИЛ-ММЗ-555 передаточное число главной передачи равно 6,97. Аналогично на автомобиле МАЗ-500: главная передача имеет передаточное число 7,73, самосвала на его базе – 9,57.

Коробка передач

До 70...80 % пути автомобили проходят на последней передаче в коробке передач. Поэтому на заднеприводных автомобилях последняя передача делается прямой, т.к. кпд на этой передаче наиболее высокий. На переднееприводных легковых автомобилях с поперечным расположением двигателя и двухвальными коробками передач (ВАЗ-2108, ВАЗ-2109, ВАЗ-2110 и др.) прямая передача в коробке передач отсутствует.

Если по условиям движения наибольший пробег совершается на предпоследней передаче, например, тяжелые грузовики, прямой делается предпоследняя передача. Например, уставливавшейся на автомобилях УРАЛ-375, -377, ЯАЗ-210, МАЗ-200 в коробке передач ЯМЗ-204У. передаточное число последней пятой передачи равно 0,78. В коробке передач ЯМЗ, уставливаемой на автомобилях МАЗ-5335, КРАЗ-255,-260 передаточное число последней передачи равно 0,66. На автомобиле УРАЛ-4320 передаточное число последней передачи в коробке передач – 0,723.

При включенной в коробке передач первой передаче на колесах автомобиля должна развиваться максимальная сила тяги. Поэтому передаточное число первой передачи наибольшее. Ограничивается оно буксованием колес на сухой твердой дороге при полной загрузке автомобиля или необходимостью преодоления сопротивления дороги с коэффициентом общего дорожного сопротивления y = 0,27...0,33 (большее значение берется для грузовых автомобилей). Сила тяги, содаваемая ведущими колесами, должна быть больше или равна силе сопротивления движению автомобиля, но меньше или равна максимальной силе сцепления ведущих колес с дорогой:

Р_j ³ Р_Т1 ³ Р_y ,

где P_j – максимальная сила сцепления ведущих колес; P_Т1 – сила тяги на колесах при включенной в коробке передач первой передаче; P_y – сила сопротивления движению автомобиля.

В развернутом виде это выражение можно записать:

G_сц ×j ³ ³ G_a ×y , (52)

где М_е – крутящий момент двигателя; и₁ – передаточное число первой передачи в коробке передач; G_сц – сцепной вес автомобиля (вес, приходящийся на ведущие колеса); h_тр – кпд трансмиссии; r_d – динамический радиус колеса.

Остальные обозначения использовались ранее.

Передаточное число первой передачи из последнего выражения можно записать:

G_сц ×j ×r_d G_а ×y ×r_d

¾¾¾¾¾ ³ и₁ ³ ¾¾¾¾ (53)

M_e × и_гп ×h_тр M_e ×и_гп × h_тр

Определенные по этим условиям передаточные числа первой передачи оказываются близкими по своим значениям. Для дальнейших расчетов из определенных этих двух значений принимается наименьшее передаточное число.

Отношения передаточного числа первой передачи (и₁) в коробке передач к последней (и_n) называется передаточным диапазоном коробки передач. Передаточный диапазон коробок передач легковых автомобилей равен 2,8...4, грузовых – 5,5...8,5, автобусов – 3...5.

Разбивка передаточного диапазона с целью получения передаточных чисел промежуточных передач производится из условия получения наилучших разгонных качеств на каждой промежуточной передаче.

Максимальная мощность двигателя развивается при высокой частоте вращения коленчатого вала. При разгоне автомобиля после включения следующей передачи частота вращения коленчатого вала снижается, поэтому снижается и мощность двигателя. Чтобы мощность оставалась достаточно высокой, частота вращения коленчатого вала после включения следующей передачи не должна уменьшаться на большую величину. Это обеспечивается соответствующим подбором передаточных чисел в коробке передач.

На рис. 40 показаны зависимости изменения мощности N_e и скорости V автомобиля от частоты вращения коленчатого вала n₁ после включения передач. Так как высокое значение мощности двигателя находится в диапазоне частоты вращения коленчатого вала от n₁ до n₂, в этом диапазоне и должен работать двигатель при разгоне автомобиля после включения каждой из последующих передач.

Разгон начинается на первой передаче. Когда частота вращения коленчатого вала достигнет n₂, водитель включит вторую передачу. Частота при этом снизится до значения n₁. На второй передаче разгон автомобиля вновь происходит до частоты n₂, после чего включается третья передача и частота опять упадет до n₁. т.д. до максимальной скорости на последней передаче..

Рис. 40. Изменение мощности двигателя и

скорости при разгоне автомобиля

Зависимость мощности двигателя и скорости автомобиля от частоты вращения коленчатого вала в диапазоне от n₁ до n₂ при различных передачах в коробке передач показана на рис. 40 в виде ломаной линии.

Выбор передаточных чисел промежуточных передач коробки передач делается из условия, что. максимальная скорость V_1max автомобиля на первой передаче будет при частоте вращения коленчатого вала n₂ (рис. 40). После включения второй передачи скорость автомобиля сохраняется, но будет минимальной для второй передачи – V_2min. Равенство скоростей V_1max = V_2min можно выразить как

V_1max = 0,377× ; V_2min = 0,377× .

Приравняв правые части этих выражений, после сокращений запишем

или ,

где и₁ – передаточное число первой передачи в коробке передач; и₂ – передаточное число второй передачи в коробке передач; n₁ – минимальная частота вращения коленчатого вала после включения передачи (показно на рис. 40); n₂ – максимальная частота вращения коленчатого вала

Аналогичное отношение можно составить для третьей, четвертой, пятой передач: ; ; и т.д. Следовательно,

… q ,

где q – знаменатель геометрической прогрессии; n – номер последней передачи в коробке передачи; n-1 – номер предпоследней передачи.

Таким образом, чтобы иметь хорошие разгонные качества автомобиля, передаточные числа в передаточном диапазоне коробки передач должны распределяться по закону г е о м е т р и ч е с к о й прогрессии:

и₂ = и₁ ×q; и₃ = и₂ ×q = и₁×g²; и₄ = и₃ ×q = и₁ ×q³… и_n = и₁ ×q^n–1 ,

т.е. для любой m –ной промежуточной передачи и_m= и₁ × q^m–1 .

Для коробки передач с последней прямой передачей и_n = 1, и₁×q^{n –1} = 1.

Из последнего выражения знаменатель геометрической прогрессии

n – 1______

q = Ö 1 / и₁ (54)

Передаточное число промежуточной передачи

и_m = . (55)

Если прямой передачей в коробке передач является предпоследняя, можно записать

n – 2 _____

и_{n –1} = и₁ × q^{n –2} = 1; q = Ö 1/ и₁ .

Передаточное число промежуточной передачи для такой коробки

n–2 ______

и_m = и₁ × q^{m –1} = Ö и₁^{n – m+1} , (56)

Распределение передаточных чисел промежуточных передач по закону геометрической прогрессии (геометрическому ряду) в передаточном диапазоне коробкок передач колесных и гусеничных транспортных машин используется довольно часто. Но известны и другие способы разбивки передаточного диапазона, например, по гармоническому ряду, по арифметическому ряду, по гиперболическому ряду и т.д.

Г а р м о н и ч е с к и й ряд характеризуется постоянной разностью обратных величин соседних чисел – q:

= q ; = q; = q ;

Если и_n = 1, то и_{n –1} = ; и_{n -2} = ; и_{n -3} = ; и_{n - 4} = .

Из последнего выражения знаменатель гармонического ряда

q = , (57)

где n – число передач в коробке передач вместе с последней прямой.

В коробках передач, передаточный диапазон разбит по гармоническому ряду, знаменатель q = 0,2...0,3.

Передаточное число любой промежуточной передачи при разивке по за гармоническому ряду будет

и_m = , (58)

где m – номер передачи.

Для а р и ф м е т и ч е с к о г о ряда свойственно постоянство разности соседних передаточных чисел коробки передач – q :

и₁ – и₂ = q; и₂ – и₃ = q; и₃ – и₄ = q; и_n-1 – и_n = q .

Если и_n = 1, то и_{n –1} = q +1, и_{n –2} = 2q + 1; и_{n –3} = 3q + 1 и т.д.

Откуда

q = , (59)

где n – число передач вместе с последней прямой.

Знаменатель арифметической прогрессии передаточных чисел передач q = 1,5...1,7. Передаточное число любой промежуточной передачи при разбивке по арифметическому ряду может быть определено по выражению

и_m = . (60)

В табл. 6 приведены расчетные значения передаточных чисел для коробки передач легкового автомобиля полной массой 1340 кг, номинальной мощностью двигателя 59 кВт, определенные в НАМИ по законам указанных рядов.

Таблица 8

Передаточные числа коробки передач

Как видно в табл. 8, при разбивке передаточного диапазона по арифметическому ряду передаточные числа второй и третьей передач выше, чем при разбивке по другим рядам. Следовательно, сила тяги на этих передачах больше и разгон будет интенсивней. При разбивке по гармоническому ряду ниже будет расход расход топлива на этих передачах. Поэтому ряды эти соответственно называются силовой и экономичный. Геометрический ряд дает промежуточные значения.

С целью экономии топлива передаточный диапазон коробок передач легковых автомобилей в последние годы чаще разбивается по закону гармонического ряда.

В реальных коробках передач знаменатель прогрессии для высших передач несколько снижается. Разрыв между передаточными числами высших передач уменьшается из-за того, что при высоких скоростях сопротивление движению сильно возрастает и мощности двигателя после вкючения следующей передачи не хватает, чтобы интенсивно разгонять автомобиль. Отношение передаточных чисел коробок передач некоторых отечественных автомобилей приведены в табл. 9.

Таблица 9

По г и п е р б о л и ч е с к о м у ряду передаточные числа промежуточных передач определяются с помощью выражения

n_m = .. (61)

Передаточное число задней передачи в коробке передач делается близким по значению к передаточному числу первой передачи насколько позволяет конструкция коробки передач.

Количество передач с ростом скоростей автомобилей увеличивается. На ранних моделях легковых автомобилей (“Победа”, “Волга” ГАЗ-21, “Москвич” -400,-401) устанавливались механические коробки передач с 3-мя передачами, на более поздних моделях – с 4-мя, а в последние годы – с 5-ью, 6-ью передачами. В автоматических коробках передач нередко бывает и 7 передач.

Последняя передача в коробках передач легковых автомобилях часто имеет передаточное число меньше единицы. Максимальная скорость на этой передаче может быть достигнута только, если автомобиль загружен частично. При полной загрузке указанная в технической характеристике автомобиля максимальная скорость достигается на предпоследней передаче. Передача с передаточным числом меньше 1 делается для снижения частоты вращения расхода топлива: когда автомобиль загружен не полностью, максимальная мощность двигателя, развиваемая на не требуется.

Количество передач на тяжелых грузовиках может достигать 14-16 и более. Увеличение числа передач делается обычно с помощью делителя (например, переднего делителя на автомобилях КАМАЗ, рис. 41а , передаточное число 0,815 или заднего на автомобиле ЗИЛ-4331, рис. 42, передаточное число 3,33).

Передаточные числа коробки передач КАМАЗ на прямой передаче в делителе соответственно с первой по пятую передачи: 7,82; 4,03; 2,5; 1,5; 1,0. На высшей передаче в делителе передаточные числа коробки передач равны: 7,82; 6,38; 4,03; 3,29; 2,5; 2,00; 1,5; 1,25; 1,0; 0,815.

Передаточные числа коробки передач ЗИЛ-4331: 8,26; 6,1; 4,52; 1,33; 2,48; 1,83; 1,35; 1. Низшая передача с передаточным числом 11,4 называется “ползущей”. Она предназначена для совместной работы автомобиля с сельхозмашинами, например, с комбайном. Скорость автомобиля при этом минимальная.

а)

б)

Рис. 41. Схемы включения переднего делителя коробки передач

автомобиля КАМАЗ

Рис. 42. Коробка передач ЗИЛ-4331 с задним делителем планетарного типа

Для переключения передачи при ручном переключении водителю требуется 0,5-1с. В автоматических коробках включение переключение происходит за 0,2-0,3 с. Из-за большого времени переключения при разгоне автомобиля с ручным переключением увеличение числа передач не дает значительного эффекта, но может существенно снизить расход топлива при постоянной скорости движения. Нужная передача при большом их количестве выбирается с помощью бортового компьютера.