Нагрузочные и расчетные режимы Трансмиссия

В общем случае движения автомобиля (рис 1.1) тяговая сила уравновешивается силами сопротивлени движению, т.е.

P = P + P + P + р

Учитывая (1.2) - (1.5), (1.7) и принимая во внимание P_k + P_n = Р_д, получим выражение для момента, действующего на рассчитываемую деталь трансмиссии автомобиля:

²

GaV + — j8 + KeF g

M.. =

(1.13)

3, 6 V ' У

гКпгГпЛтр

 

Выражение (1.13) называют уравнением тягового баланса автомобиля. Из этого выражения можно получить средние величины моментов, действующих на рассчитываемую деталь при эксплутационных режимах

²

 

G_aV +—j8+ K_eF

л. in

M. =

(1.14)

3, 6 V ' У

^g

 

где i - передаточное число трансмиссии от колес до рассчитываемой детали, n - КПД участка трансмиссии от колес до детали.

Выражение (1.14) показывает, как во времени меняется крутящий момент, действующий на рассматриваемый агрегат. Из всего разнообразия нагрузок следует выбрать расчетные, которые в значительной степени характеризуют статическую прочность деталей.

При проведении анализа нагрузочных режимов следует рассмотреть три расчетных режима.

Первый расчетный режим - по максимальному моменту коленчатого вала двигателя.

Момент на валу трансмиссии

М_г = Mdmax i, (1.15)

где М_дmax - максимально свободный момент двигателя, i - передаточное число от вала двигателя к i -ому валу трансмиссии.

При этом к.п.д. трансмиссии принимается равным 1.

Например, максимальный момент, передаваемый полуосью ведущего моста автомобиля колесной формулы 4 х 2:

_M = Mdmax LnLn. ⁽¹ + ^кб ⁾

2,

где к_б - коэффициент блокировки дифференциала (к_б = 0, 1...0, 2 - для дифференциала с малым внутренним трением, к_б = 0, 2...0, 6- для дифференциала с повышенным трением, к_б > 0, 6- для блокированного дифференциала).

Расчет трансмиссии по первому режиму дает условные величины напряжений. Эти напряжения меньше напряжений, возникающих при пиковых нагрузках, но превышают напряжения, наблюдаемые при эксплуатационных нагрузках. Такой расчет может быть использован для сравнительных поверочных расчетов. Данные о значениях напряжений, подсчитанных по первому расчетному режиму, многочисленны для автомобилей, находящихся в эксплуатации. Эти данные можно сопоставить с данными проектируемого автомобиля. Коэффициент запаса прочности n = 2, 0...3, 0:

n = ^а = к, к₂ ^а, (1.16)

^ар ^аР

где a_t и a_td - напряжения текучести материала, соответственно, для стандартного образца (d = 10 мм) и рассчитываемой детали, а_р - напряжение, полученное по расчетному моменту, к_х - коэффициент, учитывающий размер детали, к₂ - коэффициент концентрации напряжений.

При расчете на максимальную статическую несущую способность образца или детали из пластического материала коэффициент концентрации напряжений значительного влияния не оказывает и может быть принят равным единице. При пластическом деформировании распределение напряжений более равномерное, пластическая область занимает весьма малую долю сечения детали.

Второй расчетный режим - по максимальному сцеплению ведущих колес с дорогой.

При расчете раздаточных коробок, карданных валов и ведущих мостов многоприводных автомобилей определение моментов по двигателю является трудоемкой операцией, что обусловлено значительной разницей в жесткостях приводов к ведущим колесам от раздаточной коробки. Момент полуоси ведущего моста определяется по формуле:

M = (maxГ_к, (1.17)

момент на карданном валу

 

где R_zi - нормальная реакция дороги на колеса i -го моста, (_max - максимальный коэффициент сцепления шины с дорогой ((p_max = 0, 7...0, 8), r_k - радиус качения колеса, i_Гп - передаточное число главной передачи.

Коэффициент запаса в указанном режиме n = 2, 0...3, 0. Такой расчетный режим целесообразно применять и для автомобилей с высокой удельной мощностью, когда расчетная сила тяги выше, чем сила тяги по сцеплению на низших передачах.

Величины моментов, определенных по этому расчетному режиму, обычно больше, чем по максимальному моменту двигателя и всегда больше преобладающих эксплуатационных моментов.

Третий расчетный режим - по максимальным динамическим нагрузкам, наблюдающимся при переходных режимах движения автомобиля.

Ранее рассмотренные формулы не учитывают динамического воздействия. Динамика определяется темпом включения сцепления, типом и конструкции сцепления, типом дороги и ее состоянием, конструктивными особенностями автомобиля (общим передаточным числом и жесткостью трансмиссии, полным весом автомобиля, моментом инерции вращающихся частей и другими факторами).

Наибольшее влияние оказывает темп включения сцепления. Величина пикового момента превышает максимальный момент двигателя в 1, 2-3 раза. Для уменьшения жесткости трансмиссии в нее включают упругие элементы, муфты (между двигателем и сцеплением, коробкой передач и раздаточной коробкой, коробкой передач и ведущим мостом, дифференциалом и колесом). Так, например, применение упругих муфт с углом закручивания 15⁰...30⁰ снижает величину динамических нагрузок на 20-40%.

На величину динамических нагрузок трансмиссии влияют точность изготовления, жесткость конструкции и ее тепловой режим. Гидромуфты и гидротрансформаторы снижают динамические нагрузки. Расчет по этому режиму является основным.

Расчетный момент

M = ^Mdmaxi-, (1.19)

где кд - коэффициент динамичности, равный отношению максимально возможного момента на первичном (ведущем) валу к максимальному моменту двигателя.

Эмпирическая формула для определения коэффициента динамичности

кд = A*f ⁱi,

где i - передаточное число трансмиссии до рассматриваемого элемента, в_с - коэффициент запаса сцепления.

Большое влияние на величину динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля с фрикционным сцеплением оказывает темп включения при трогании с места и разгоне, при резком торможении трансмиссионным тормозом. Снижение динамических нагрузок при установке гидротрансформатора или гидромуфты в трансмиссии обусловлено отсутствием жесткой связи между двигателем и трансмиссией.

Коэффициент динамичности кд в этом случае может быть принят равным единице. Применение в трансмиссии упругих муфт обусловливает некоторое снижение динамических нагрузок. Для вновь проектируемых автомобилей составление эквивалентной динамической системы и аналитическое определение коэффициента динамичности трудоемко. В этом случае коэффициент динамичности определяют по результатам испытаний существующих моделей автомобилей. Значения коэффициента динамичности для легковых и грузовых автомобилей и автомобилей высокой проходимости соответственно равны 1, 5...2, 0; 2, 0...2, 5 и 2, 5...3, 0. Коэффициент запаса прочности n = 1, 25... 1, 5.

Рис. 1.2. Схема сил, действующих на ведущий мост автомобиля

 

Первый расчетный случай - по максимальной силе тяги или максимальной тормозной силе.

Максимально возможная сила тяги или тормозная сила на колесе

Pт =, (1.20)

где R_z3 - нормальная реакция на колесо, вычисленная с учетом перераспределения нагрузки между мостами при разгоне или торможении автомобиля

К, = (m„g /2)m (т), (1.21)

^таз - доля полной массы автомобиля, приходящаяся на колеса рассматриваемого моста, m_k(_Т) - коэффициент перераспределения нагрузки на колеса переднего и заднего мостов.

Коэффициент сцепления колеса с дорогой ф = 0, 8.

При разгоне m_k = 1 + qh_g / L, при торможении m_T = 1 ± qh_g / L (верхние знаки относятся к переднему мосту, нижние - к заднему).

Второй расчетный случай - занос.

Ходовая часть При расчете ходовой части рассматриваются также три расчетных режима нагружения (рис.1.2).

При заносе реакции в продольной плоскости отсутствуют. Вертикальные и горизонтальные реакции, действующие в точке контакта колеса с опорной поверхностью для случая скольжения автомобиля влево, определяют по формулам соответственно:

Кё = (m_a3g /2)(1 + (2hg / B), R_Z3n = (m_a3g /2)(1 -ty2hg / B),

^Rysn = ^(RZ3n ^{, R}V3n ^(RZ3n ■

При боковом скольжении коэффициент сцепления колеса с дорогой принимают равным (= 1.

Третий расчетный случай - при переезде через препятствия.

При переезде препятствия предполагают, что продольные и поперечные силы в точках контакта колес с опорной поверхностью отсутствуют, а вертикальные реакции достигают максимального значения кдЯ_гз, где кд - коэффициент динамичности, который принимают равным 2, 5 для грузовых автомобилей и 1, 75 для легковых.