Анализ требований к конструкции трансмиссии ТС

В зависимости от назначения ТС, к нему, как отмечалось выше, предъявляются различные требования, которые формируют в техническом задании, являющемся одним из этапов проектирования, как всего транспортного средства, так и элементов его трансмиссии. Для трансмиссии наиболее важными являются:

- обеспечение высоких динамических качеств;

- минимальные габариты;

–минимальная масса;

- простота и легкость управления;

- технологичность конструкции;

- защита от негативных явлений, обуславливающих процесс передачи силового потока.

Эти требования должны быть удовлетворены на этапе проектирования, выполняемом в кротчайшие сроки и высоким качеством, что обеспечивается применением САПР трансмиссии /22, с.211/. Некоторые из указанных требований регламентированы государственными или отраслевыми стандартами и другими документами.

Выполнение указанных требований обеспечивается:

- рациональной схемой трансмиссии;

- правильным расчетом;

- применением совершенных агрегатов;

- автоматизацией управления;

- качественной конструктивной отработкой узлов;

- современной обработкой при изготовлении;

- использованием соответствующих материалов.

Интегральной оценкой удовлетворения большинства из перечисленных требований может служить технический уровень трансмиссии, который определяется, прежде всего, ее КПД, удельной материалоемкостью и надежностью.

1.3.10. Диапазоны изменения внешних сил сопротивления движению и скорости ТС.

Внешними по отношению к колесной машине являются силы, действующие со стороны окружающей машину среды, т.е. дороги и воздуха /21, с.31/.

Сопротивление движению ТС со стороны дороги определяется взаимодействием колесного движителя с опорной поверхностью (сопротивлением качению), и составляющей сцепного веса машины, которая зависит от рельефа местности (подъемов, спусков). Общее сопротивление движению в этом случае выражается через безразмерный коэффициент сопротивления движению ψ, равный отношению силы сопротивления движения Р_ψк полному весу ТС - G .

Величины коэффициента ψ определяют согласно выражению:

ψ = f_ccos a + sin a , (1)

где: f_c - коэффициент сопротивления качению колеса (безразмерная величина),

a - угол подъема (спуска).

Величины коэффициента f_c определяют экспериментально в квазистатических условиях на горизонтальном участке дороги. Значения величин коэффициента приведены в Приложении А /22, с.29/.

При движении транспортного средства в любых условиях коэффициент сопротивления движению постоянно изменяется, так как постоянно изменяются его составляющие: коэффициент сопротивления качению вследствие неоднородности опорной поверхности и макро профиль пути.

Макро профиля дороги характеризуют уклоном – тангенсом угла наклона плоскости дороги к горизонтальной плоскости, определяющим крутизну макропрофиля.

В дорожной документации уклон обычно выражают в тысячных (промилле,%_о). При расчетах движения ТС уклон обозначают буквой ί и задают непосредственно тангенс угла наклона /23, с.37/. Поскольку уклоны дороги невелики, принимают

sin a = tg a = i (2)

Максимальны подъем, который ТС может преодолеть, зависит от окружной силы, развиваемой ведущими колесами и от угла его продольной устойчивости – угла между плоскостью нормальной к опорной поверхности и проходящей через центр масс и точки контакта ведущих колес с дорогой / 23, с.170/. Этот угол определяет возможность опрокидывания ТС относительно задней оси.

Учитывая, что величина окружной силы, обеспечивающей движение ТС, ограничивается сцепными возможностями колеса с опорной поверхностью, максимальный угол подъема зависит от величины коэффициента сцепления колес ТС с дорогой.

Для одиночного полноприводного ТС /23, с.172/:

tg a _max = φ , (3)

где: φ - коэффициент сцепления колеса (безразмерная величина).

Одиночные АТС и автопоезда способны преодолевать подъемы по твердым склонам

(φ = 0,6 … 0,75) следующей крутизны /23, с.172/:

автопоезда с не полноприводными тягачами – 11…13^о;

одиночные не полноприводные АТС – 20 .. 25⁰;

автопоезда с полноприводными тягачами – 15 … 20⁰

полноприводные одиночные АТС - 27 .. 35⁰

Нормативными документами определено, что автомобильные поезда должны преодолевать подъемы с твердой опорной поверхностью крутизной не менее 18% (10,2⁰), а одиночные АТС – 25% (14⁰) /23, с.172/.

Согласно выше изложенному, величина общего сопротивление движению со стороны дороги, в случае выражения через безразмерный коэффициент сопротивления движению ψ, находится в пределах:

для одиночных легковых АТС 0,35 … 0,5,

для грузовых 0,35 … 0,4 /23, с.74/.

Сопротивление движению ТС со стороны воздуха обуславливается его трением в прилегающих к поверхности машины слоях, сжатием воздуха, движущимся транспортным средством, разрежением его за ТС и вихреобразованием в окружающих ТС слоях воздуха.

На величину силы сопротивления движению любого тела в какой-либо среде оно не происходило, оказывают влияние плотность этой среды и скорость движения тела в ней. Так как плотность воздуха на определенной высоте над уровнем моря можно считать постоянной, то особенно значительное влиянием на силу сопротивления воздуха оказывает скорость движения ТС.

Сила сопротивления движения транспортного средства со стороны воздушной среды определяется согласно выражению

Р_w = k_w f v², (4)

Где k_w - коэффициент сопротивления воздуха, Н с²/м⁴*;

f - лобовая площадь транспортного средства, м².

Влияние скорости движения ТС на силу сопротивления воздушной среды, согласно выражению (4), особенно значительно.

Скорость движения ТС является основным показателем его тягово-скоростных свойств. При анализе тягово-скоростных свойств транспортных свойств рассматривают среднюю скорость движения, максимальную скорость движения, условную максимальную скорость движения, минимальную скорость движения /23, с.48/, при этом используют различные критерии, так как степень объективности оценки в сильной степени зависит от назначения автомобиля и условий его эксплуатации. В Приложении 2 приведены коэффициенты парной корреляции между некоторыми критериями оценки скоростных свойств и средней скоростью движения грузовых автомобилей по твердым грунтовым поверхностям автомобильных дорог /23, с.48/.

Из таблицы видно, что в рассматриваемых условиях наиболее тесно корреляционно связаны со средней скоростью время разгона автомобиля с 15 до 60 км/ч с переключением передач и динамический фактор при скорости 60 км/ч. Это становится достаточно очевидным, поскольку при движении по твердым грунтовым дорогам вследствие неровностей ее поверхности, приходится ограничивать скорость. При этом мощность двигателя, как правило, не используется полностью, а движение характеризуется частыми циклами, состоящими из разгонов и торможений.

При движении ТС в других условиях, например, на магистральных перевозках, средняя скорость может оказаться более тесно корреляционно связанной с другими критериями, такими как максимальная скорость, удельная мощность мотора.

Минимально устойчивая скорость движения современных транспортных средств составляет 4…5 км/ч /23, с.74/.

Анализируя выше изложенное, следует отметить, что диапазон изменения внешних сил сопротивления движению, а также диапазон изменения скорости движения ТС значительно шире диапазона изменения величин параметров силового потока, создаваемого поршневым мотором транспортного средства.

1.3.12 Анализ общих технических требований к подвижному составу автомобильного транспорта

Общие ко всем автотранспортным средствам технические требования включают нормативы их весовых параметров и габаритов, принятые в Украине и за рубежом, а также международные правила и положения Комитета по внутреннему транспорту (КВТ) Европейской экономической комиссии (ЕЭК) организации объединенных наций (ООН) и «Конвенции о дорожном движении», принятой в 1971 году странами, входящими в ООН /4, с.70/.

После отмены стандарта ГОСТ 9314 – 59 в 1979 году в нашей стране нет официального документа, определяющего с достаточной полнотой разрешенные весовые параметры и габариты автотранспортных средств (АТС).

Отдельные требования по этим показателям содержатся в СНиП 2.05.02-85 (строительные нормативы и правила для вновь, проектируемых и реконструируемых дорог), где указываются допустимые величины нагрузки на ось АТС для дорог различных категорий. Аналогичные требования в части габаритов АТС изложены в Правилах дорожного движения с одним дополнением для автопоезда с двумя или более прицепами.

Отсутствует и целый ряд регламентов по весовым и размерным характеристикам АТС (допустимые массы и габариты в зависимости от типа АТС, числа осей и др.), которые необходимы для ограничения негативного влияния АТС на окружающую среду уже на стадии создания новых конструкций ТС.

В создавшихся условиях конструкторы и эксплуатационники обычно ориентируются на зарубежную практику.

Анализ национальных законодательных документов, регламентирующих ограничения по габаритам, показывает их значительные различия. Существующее разнообразие допускаемых масс и габаритов АТС создает определенные трудности в организации международных автомобильных перевозок. Международный союз автомобильного транспорта пытается решить эту проблему, добиваясь от европейских стран согласования унифицированных весовых и габаритных ограничений АТС на необходимом уровне без нанесения при этом ущерба существующей дорожной инфраструктуре /4, с.71/.

Требования к конструктивной безопасности АТС регламентируются в рамках национальных требований к безопасности в условиях эксплуатации, изложенных в соответствующих государственных и отраслевых стандартах и других нормативных документах. ГОСТ 25478-82 «Автомобили грузовые и легковые, автобусы, автопоезда. Требования безопасности к техническому состоянию. Методы проверки» устанавливает технические требования к системам. Узлам, агрегатам и приборам, влияющим на безопасность движения автотранспортных средств. Эти требования в качестве официального приложения введены в Правила дорожного движения.

Учитывая международный характер требований к безопасности конструкций АТС, ряд Европейских стран принял в 1958 г. в Женеве в рамках КВТ ЕЭК ООН «Соглашение о принятии единообразных условий официального утверждения и о взаимном признании официального утверждения предметов оборудования и частей механических транспортных средств» (Соглашение 1958 г.). В рамках этого Соглашения страны-участницы разрабатывают единые требования к техническим службам и оборудованию для проведения испытаний, а также процедуре присвоения знака «Е» официального утверждения транспортного средства, отвечающего требованиям соответствующего Правила.

Правила ЕЭК ООН постоянно пересматриваются и дополняются в соответствии с повышающимися требованиями эксплуатации к техническому состоянию АТС. Правила ЕЭК ООН являются, обязательными к исполнению для ратифицировавших их участников Соглашения. При этом они не могут возражать против эксплуатации у них автомобилей, получивших официальное утверждение любой из стран, присоединившихся к этому Соглашению.

По состоянию на 1 июня 1993 года вступили в силу 91 Правило, из числа приложенных к соглашению 1958 г. /4, с.75/.

Среди других международных стандартов, определяющих унифицированные требования к автотранспортным средствам, Правила ЕЭК ООН пользуются наибольшим авторитетом и признаются многими странами в качестве важных документов, направленных на поддержание высокого технического уровня мирового автомобилестроения.

общее устройство механической трансмиссии

Исходя из изложенного, механическая трансмиссия может иметь различные компоновочные схемы, и является наиболее простой и поэтому наиболее распространенной трансмиссией современных АТС.

Рис. 10. Принципиальная схема механической трансмиссии

классической компановки АТС

1 ― источник энергосилового потока (мотор),

2 – устройство подачи энергосилового потока к трансмиссии (сцепление);

3, 5 – трансформаторы энергосилового потока

3 – трансформатор с переменным коэффициентом трансформации (КПП – коробка передач)

5 – трансформатор с постоянным коэффициентом трансформации (ГП – главная передача)

4 – силовая передача

6 - распределитель энергосилового потока (дифференциал)

7 – устройство привода энергосилового потока к ведущим колесам АТС 8.

Работа трансмиссии

Энергосиловой поток мотора подается сцеплением к КПП, где изменяются по величине (направлению) величины обуславливающих его параметров, согласно включенной передачи, либо он прерывается, при отсутствии передачи (включение нейтральной передачи). Необходимая передача в коробке не автоматического типа, включается водителем согласно условию движения.

Преобразованный в коробке энергосиловой поток, передается посредствам силовой передачи (при классической компоновке) к главной передаче, в которой, как указывалось выше, также может быть преобразован (увеличивается крутящий момент).

Распределительное устройство - дифференциал 6 распределяет энергосиловой поток между полуосями 7 (в общем случае в отношении ).

Через полуоси энергосиловой поток подводится к ведущим колесам. АТС.

На рис.11 показана компоновка трансмиссии 4WD автомобиля Ford Explorer

Рис.11 Компоновка трансмиссии 4WD

. В современных полно приводных трансмиссиях большое внимание уделяется обеспечению возможности получения высшей и низшей передач в приводе на два колеса или четыреколесаво время движения АТС. Подобные трансмиссии получили условное обозначение в виде аббревиатуры - fwd.

На рис.12 показана трансмиссия автомобиля Jaguar Х-Type, в которой с помощью двух вальной карданной передачи привод к задней главной передаче ик задним колесам передается от установленной поперечно спереди коробки передач с главной передачей

Рис.12 Трансмиссия автомобиля Jaguar Х-Type

Сцепление

- устройство подачи энергосилового потока к трансмиссии (сцепление);

Согласно особенностей процесса энергоснабжения движителя обусловленного механической трансмиссией, автомобильные сцепления представляют собой фактически муфту, т.е. устройство, обеспечивающее соединение мотора с трансмиссией АТС

Рис 11 Муфта передачи энергосилового потока

Сцепление первого АТС представлено на рис.12

Рис.12 Сцепление первого АТС

Типы автомобильных сцеплений:

В зависимости от типа сил, участвующих в передаче крутящего момента двигателя в трансмиссии посредством муфты, различают следующие основные 3 типа автомобильных сцеплений:

1. Фрикционные сцепления, обеспечивающие передачу крутящего момента посредством сил трения;

2.Гидравлические, обеспечивают передачу крутящего момента посредством потока жидкости;

3. Электромагнитные, обеспечивают передачу крутящего момента посредством магнитных сил, возникающих при прохождении электрического тока.

Все три типа указанных сцеплений применяются на современных АТС, при этом большее распространение получили фрикционные.

Функции сцепления в трансмиссии автомобиля

Автомобильное сцепление обеспечивает:

1. Кратковременное разобщение двигателя от трансмиссии;

2. Плавное соединение двигателя с трансмиссией.

Нормальное состояние конструкции сцепления включенное.

Устройство, обеспечивающее выполнение функций, т.е. выключение сцепления, называется устройством выключения. В устройстве автомобилей подобныей конструкции принято называть привод включения сцепления, либо привод управления сцепления.

Основные элементы конструкции сцепления

В конструкции любого сцепления выделяют две основные части: ведущие и ведомые элементы.

Ведущие элементы обеспечивают постоянный контакт элементов конструкции сцепления с выходным валом двигателя АТС.

Ведомые элементы обеспечивают возможность отсутствия восприятия ими крутящего момента двигателя при выполнении дополнительных функций сцепления.

Характер связей, обеспечивающих передачу крутящего момента в сцеплении, определяют особенности конструкции ведущих и ведомых элементов, а так же характер соединения этих элементов при выполнении основной функции сцепления.

Классификация фрикционных сцеплений

Рис.13 – Схема классификации фрикционных дисковых сцеплений,

Принципиальные схемы основных типов автомобильных сцеплений

Схемы фрикционного сцепления

Сцепление фрикционное Сцепление фрикционное

однодисковое двухдисковое

Сцепление фрикционное Сцепление фрикционное

однодисковое с однодисковое с

диафрагменной пружиной центральной пружиной

Полуцентробежные сцепления — это комбинированные сцепления, которые имеют для сжатия диска пружину и используют центробежную силу, вращающихся грузов. Схема полуцентробежного сцепления представлена на рис.

Сцепление комбинированное

Гидравлическое сцепление (гидромуфта)

Гидромуфты в чистом виде на АТС практически не устанавливаются. На автомобиле ГАЗ -12 гидромуфта устанавливалась совместно со сцеплением, которое крепилось на корпусе гидромуфты.