Расчет передаточных чисел в трансмиссии

 

В трансмиссии угловая скорость валов изменяется в нескольких местах: в коробке передач (КП), раздаточной коробке (РК), которая обычно есть в автомобилях повышенной проходимости, главной передаче, колесном редукторе (в легковых автомобилях применяется редко). Однако только в последних двух узлах современных автомобилей передаточное число всегда постоянно, тогда как в КП и РК передаточное отношение может изменяться в широких пределах. Но, как правило, во всех коробках есть так называемая «прямая передача», при включении которой угловые скорости входного и выходного валов одинаковы. При этом остаются не задействованными промежуточные валы, что способствует снижению потерь в трансмиссии и достижению максимума КПД коробки, благодаря чему при движении на прямой передаче автомобиль становится наиболее экономичным. Именно на прямой передаче большинство автомобилей развивают максимальную скорость (исключениями являются, например, автомобили BMW, которые достигают максимума скорости на ускоряющей передаче в КП).

Исходя из вышесказанного общее передаточное отношение постоянных зацеплений (чаще всего только главной передачи) определяют из отношения угловых скоростей двигателя и ведущих колес на максимальной скорости автомобиля, предполагая, что двигатель будет работать на угловой скорости ω_р максимальной мощности

.                      (36)

Для Форд-Фокус примем r_k = r _д:

=3,505*.

Трансмиссия некоторых автомобилей включает агрегаты, в которых высшая передача не является прямой, например, РК автомобилей серии ВАЗ – 2121, Шеви-Нива имеет передаточное число 1,2, что связано с унификацией КП и главных пар с автомобилями «классического»** ряда ВАЗ (именно в 1,2 раза динамический радиус колес Нивы больше радиуса колес «классики»). В этом случае по вышеприведенной зависимости было найдено общее передаточное число главной передачи и РК. Аналогичный результат будет и в случае применения колесных редукторов. Разделить передаточные отношения главной передачи и колесного редуктора можно из конструктивных соображений (в данном пособии не рассматриваются).

Расчет передаточных чисел в КП ведется в три этапа:

· определение первой передачи и (если есть) пониженной передачи в РК;

· определение передаточных чисел остальных передач в КП;

· определение передаточного числа экономической передачи.

Передаточное число первой передачи КП рассчитываем из условия обеспечения необходимой тяги в нормальных дорожных условиях по преодолеваемому сопротивлению Ψ₁, имеющемуся в задании на проектирование автомобиля для полностью груженого состояния:

,                 (37)

где η_тр1–3 – КПД трансмиссии на 1 – 3 передачах в КП.

=2,666.

Для легковых автомобилей с мощными двигателями (более 150 л.с.) передаточное число i₁ , рассчитанное по (37), оказывается слишком малым. В результате чего становится неприемлемо большая минимальная скорость автомобиля (автомобиль должен иметь возможность двигаться со скоростью пешехода). В этом случае ищут компромисс.

Проверим V_min для Форд-Фокус:

                                  (38)

где  – минимально устойчивая угловая скорость двигателя. Обычно  = 105 с^–1 (1000 об/мин).

= 2,65 м/с (9,55 км/ч).

Передаточное число i₁ следует увеличить в 1,5…2 раза.

i₁ = 2,666 ∙ 1,5 =3,999*.

Тогда скорректированное максимальное дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем, составит

.                             (39)

 = 0,57.

Четвертую передачу в КП обычно принимают прямой (по крайней мере пока не будет выполнен конструкторский расчет КП и скорректированы значения передаточных чисел), то есть i ₄ = 1.

Определение передаточных чисел остальных передач (второй, третьей и пятой) выполняют с помощью различных прогрессий: ряды чисел передач легковых автомобилей, в том числе кроссоверов, чаще всего считают по гиперболическому ряду, обеспечивающему наилучшую динамику автомобиля на высоких скоростях (высшие передачи 3 и 4 оказываются сближенными):

,                                  (40)

где k – номер рассчитываемой передачи; п – номер прямой передачи.

 = 1,9998*.  = 1,333.

 = 0,8.

Автомобили высокой проходимости (а также грузовики, автобусы для которых важна тяговая характеристика во всем диапазоне скоростей движения) расчет КП обычно ведут по геометрической прогрессии

.                                            (41)

Следует заметить, что передаточное число пятой (обычно экономической, т.е. предназначенной не для разгона, а для поддержания скорости и экономии топлива) передачи можно найти тремя способами. Первое и второе значения получены с помощью рядов (38) и (39).

Третье значение, обеспечивающее наилучшие показатели топливной экономичности, можно получить, решая кубическое уравнение мощностного баланса для оптимальной загрузки двигателя по мощности Р_эк и угловой скорости ω_эк, воспользовавшись формулами Кардано [6].

; ; ;

; ; . (42)

Таким образом, максимальная топливная экономичность автомобиля будет достигнута на скорости V _эк при передаточном числе пятой передачи в КП i _эк.

Однако для мощных автомобилей при рассчитанной по формулам Кардано пятой передаче V _эк оказывается значительно выше 100 км/ч. Такой скоростной режим на дорогах общего пользования поддерживать нельзя, поэтому расчет i _эк приемлем только для слабо энерговооруженных автомобилей.

Передаточное число в РК автомобиля повышенной (высокой) проходимости следует определять по максимальному дорожному сопротивлению Ψ_max, которое он сможет преодолеть только на первой передаче в КП и на пониженной в РК:

,                                            (48)

где Ψ₁ – дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем на первой передаче в КП и прямой (повышенной) передаче в РК; η_{тр р k} – КПД трансмиссии на пониженной передаче в РК и, разумеется, первой передаче в КП. Учитывая коррекцию, выполненную по формуле (39), необходимость понижающей передачи в РК часто отпадает.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: