Расчет синхронизатора

В современных коробках передач автомобилей большинство зубчатых колес находится в постоянном зацеплении, а для переключения передач используют синхронизаторы. Синхронизаторы выравнивают угловые скорости, а затем с помощью зубчатых муфт жестко соединяют вал с зубчатым колесом выключаемой передачи, обеспечивают безударное переключение передач.

Синхронизаторы подразделяются на два класса: предельного давления и инерционного типа. Синхронизаторы предельного давления имеют конусы и зубчатые соединительные муфты, а синхронизаторы инерционного типа еще и замковое устройство, которое не позволяет переключить передачу до тех пор, пока угловые скорости переключаемых элементов не будут выравнены.

Синхронизаторы предельного давления имеют существенный недостаток, так как в нем кулачковые муфты могут включаться раньше, чем сравняются скорости соединяемых валов. В этом случае при переключении передач может происходить удар в кулачках и, следовательно, шум при переключении передач. С другой стороны, синхронизаторы этого типа позволяет быстрее переключать передачу, не ожидая, пока сравняются угловые скорости валов.

В настоящее время используют только инерционные синхронизаторы, которые блокируют включающую зубчатую муфту до тех пор, пока кинетическая энергия деталей, вращающихся вместе с ведомым диском сцепления (при выключении сцепления и нейтральном положении коробки передач), не будет поглощена работой трения в синхронизаторе.

Инерционный синхронизатор включает в себя следующие элементы: выравнивающий - фрикционный элемент, поглощающий энергию касательных сил инерции вращающихся масс;

блокирующий - устройство, препятствующее перемещению включающей зубчатой муфты до полного

выравнивания угловых скоростей;

включающий - зубчатая муфта, включающая передачу.

Наибольшее распространение получили конусные синхронизаторы, различные варианты которых показаны на рис. 3.6.

Рис.3.6. Конусные инерционные синхронизаторы автомобилей

а) ЗИЛ-131 б) ЯМЗ-23 6 в) ГАЗ-66-11

Под воздействием рычага переключения передач (рис.3.7, а) обойма с силой P прижимается к конической поверхности шестерни. На конических поверхностях возникает момент трения

 

P

^Мт_Р = ^T V^r =-. ------ V^r

sin a

где V - коэффициент трения, a - угол конических поверхностей синхронизатора, r - средний радиус.

б = -

С возникновением момента трения обойма поворачивается, штифт входит в углубление обоймы. Блокирующие поверхности прижимаются одно к другой с силой

N = ^М_тр 1 =_________ P£ _

sin в r sin в sin a sin в

где в - угол наклона блокирующих поверхностей.

Для того, чтобы под действием силы P, приложенной к штифту, он не выталкивался из углубления, горизонтальная составляющая P силы Q должна быть больше силы P, то есть

P < P = Q cos в (3.24)

или

P < ^{PVCOs в} = ^PV. (3.25)

sin a sin в sin atgв

Тогда

tg в<

sin a

Когда окружные скорости обоймы и шестерни сравнятся, момент трения, а, следовательно, и сила Q станут равными нулю. Штифт сможет выйти из углубления в обойме под действием силы P. Муфта получит возможность перемещаться по шлицам вала и включит передачу.

Риски на конических поверхностях увеличивают коэффициент трения V. В выполненных конструкциях a = 7°...12°; в= 20°...30°; ц= 0, 1.

Проверка возможности перегрева синхронизатора в процессе переключения передачи заключается в определении общей и удельной работы буксования. Удельная работа трения

q = Fl, (3.26)

где Р_к - площадь поверхностей трения корпуса; L_6yK = М^бук - работа трения; a_{£ yK} - угол буксования.

_а = —------ -1

^ыбук „ ^lc

где (О_в - угловая скорость вторичного вала коробки передач в начале буксования, (О_п - угловая скорость ведущих и ведомых валов в конце буксования, 1_c - время буксования синхронизатора (1...2 сек)

(3.27)

Здесь

Угловая скорость в конце буксования (О_п и время буксования синхронизатора 1_c определяется следующим образом:

(3.28)

^J- ( ^(Mmp ^{- m}v ⁾ + ^Ja⁽a^M_n

mp V / a a mp (_п = ----------------------------------

(3.29)

^П J- (Mmp - Mv) + JMm,

mp

_c = ^-(a ^{) J}g^Je

^C J- (Mmp - M_w) + JJM*

mp

Если известно 1_c, то из выражения (3.29) может быть определен момент трения синхронизатора M_mp. В выражениях (3.28), (3.29) приведенный момент инерции J_e ведущих частей синхронизатора определяется через моменты инерции ведомых частей сцепления J_c, зубчатых колес J₂ и J₃ промежуточного вала и зубчатого колеса J₄ включаемой передачи на вторичном валу:

 

Ja = Jc + J4

2

2 z„

+ (J2 + J3) •

 

z₃ z₁

v 1 у

V ^{3 1} У

где z₁₂. - число зубьев соответствующих колес.

Угловая скорость вторичного вала коробки передач (й_в в начале буксования равна

 

кпл 30 i

(3.30)

 

где п_д - обороты двигателя, 1_кж1 - передаточное число на 1- й включаемой передаче.

Момент сопротивления движению M_V (см. раздел 2), приведенный к ведомому валу коробки передач, принимается постоянной величиной

Gyr_h

M=

^{V i}jⁱpⁿjⁱp

Приведенный момент инерции J_a массы автомобиля равен

Grl

J =■ ^к

a.2 ' ^gipp

Угловая скорость вращения ведомого зубчатого колеса в начале буксования равна

nn_a

 

n„

³⁰ (3.31)

0, 377г_к

где v_a - скорость автомобиля в момент переключения передач, км/ч.

Температура нагрева синхронизатора за одно плавное включение определяется по формуле:

бук

(3.32)

L₆

At = к,

^t 427CG_k

где k_t - коэффициент, учитывающий перераспределение тепла между нагреваиваемыми деталями (к_{ = 0, 5), С - теплоемкость стали (С=0, 115 ккал/кг град), G _к - вес корпуса синхронизатора.

В рассмотренных конструкциях синхронизатора за одно плавное включение q = 30...50 Дж/см², At = 15...30^oC.