Конструкция и эксплуатационные свойства транспорта, транспортно-технологических машин и оборудования
Введение
Скорость, с которой движется автомобиль, варьируется от небольшой до нескольких сотен километров в час. В связи с этим обороты колес могут измениться существенно - до 50 раз. В то же время двигатель внутреннего сгорания эффективно работает только в интервале 2000-6000 оборотов в минуту, а скорость вращения коленчатого вала меняется всего до трех раз. Для того чтобы получить нужную скорость движения при близких к оптимальным оборотах двигателя, необходимо между ним и колесами ставить коробку переключения передач.
Коробка переключения передач транспортных средств предназначена для изменения частоты и крутящего момента в более широких пределах, чем это может обеспечить двигатель транспортного средства. Как правило, это относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), которые имеют недостаточную приспособляемость. Транспортные средства с паровыми или электрическими (трамвай, троллейбус) двигателями, имеющими высокую приспособляемость и обеспечивающими изменение частоты вращения и крутящего момента в более широких пределах, чем ДВС, обычно выполняются без коробки передач. Также коробка передач предназначена для обеспечения движения транспортного средства задним ходом и длительного отключения двигателя от движителя при пуске двигателя и работе его на стоянках.
С появлением первых моторных экипажей появилась необходимость применения устройств для изменения передаточного отношения от двигателя к колесам. Применявшиеся вначале ременные передачи, скопированные со станков, оказались не состоятельными и очень скоро стали вытесняться зубчатыми передачами. Первой подобной коробкой, получившей широкое распространение на автомобилях, была коробка передач со скользящими шестернями, которые могли перемещаться на квадратном или шлицевом вале, для того чтобы входить в зацепление с шестернями, установленными на другом, параллельном первому, вале. Она сконструирована инженером Эмилем Левассором во Франции и в 1891 г. была установлена на автомобиле «Панар-Левассор».
В данной курсовой работе рассмотрим требования, предъявляемые к коробкам передач и основные их типы. Подробно рассмотрим устройство трехвальной ступенчатой коробки передач на примере автомобиля ВАЗ во втором разделе, гидромеханической коробкой передач - в четвёртом разделе. В пятом разделе выясним можно ли заставить коробку передач работать, автоматически подстраиваясь к режиму движения.
1.Требования. Классификация
По характеру связи между ведущим и ведомым валами коробки передач делятся на механические, гидравлические, электрические и комбинированные. По способу управления -- на автоматические и не автоматические. По принципу действия коробки передач различают ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные. Ступенчатые коробки передач имеют механический привод перемещения шестерен по валам, а бесступенчатые позволяют изменять крутящий момент на ведущих колесах, не меняя положение педали «газа». Ступенчатые коробки передач различают по числу передач переднего хода, по числу валов -- на двух- и трехвальные.
Ступенчатая коробка передач состоит из набора зубчатых колес, которые входят в зацепление в различных сочетаниях, образуя несколько передач или ступеней с различными передаточными числами. Чем больше число передач, тем лучше автомобиль «приспосабливается» к различным условиям движения. Коробка передач должна работать бесшумно, с минимальным износом; этого достигают применением зубчатых колес с косыми зубьями.
Ступенчатые коробки передач по числу передач переднего хода делят на четырех- и пятиступенчатые. Обычно коробки передач легковых автомобилей, малогабаритных автобусов и грузовых автомобилей небольшой грузоподъемности имеют четыре ступени, а коробки передач больших автобусов и грузовых автомобилей значительной грузоподъемности -- пять ступеней.
Ступенчатые коробки передач могут быть простые и планетарные. В основном на автомобилях применяют простые ступенчатые коробки передач, переключение передач в которых происходит двумя способами: передвижением зубчатых колес или передвижением муфт.
Иногда автомобили оборудуют бесступенчатыми коробками передач с плавным изменением передаточного числа и комбинированными коробками передач, в которых использованы оба способа изменения передаточного числа.
К КПП предъявляются следующие требования:
-- обеспечение оптимальных тягово-скоростных свойств автомобиля при заданной характеристике двигателя;
-- бесшумность в работе и переключении передач;
-- легкость управления;
-- высокий КПД.
Кроме того, коробка передач должна обеспечивать возможность пуска двигателя буксировкой автомобиля и торможение двигателем. В ряде случаев должна обеспечиваться возможность отбора мощности.
Рассмотрим эти требования более подробно.
1) В соответствии с требованием обеспечения необходимых динамических и экономических качеств определяется число передач и передаточные числа. Для грузовых автомобилей грузоподъемностью до 3…3, 5 тонн обычно применяют четырехступенчатые коробки передач с диапазоном передаточных чисел порядка 6,5. На грузовых автомобилях грузоподъемностью от 3,5 до 7 тонн обычно ставят пятиступенчатые коробки с диапазоном передаточных чисел порядка 7,5…8,5 и нередко с высшей ускоряющей передачей, имеющей передаточное отношение меньше единицы (0,75…0,8) и использующейся при движении по хорошим дорогам и при порожних рейсах. Применение ускоряющей передачи снижает число оборотов коленчатого вала двигателя на 1 км пути, что способствует уменьшению износа двигателя и снижает расход топлива.
Следует отметить, что динамические и экономические качества автомобиля определяются общим передаточным числом от двигателя к колесам. Поэтому тот же эффект, что и от применения ускоряющей передачи, можно получить, сохранив в качестве высшей прямую передачу, но уменьшив передаточное число главной передачи. При этом должен быть сохранен общий диапазон передаточных чисел коробки передач (отношение максимального передаточного числа к минимальному). Выбор в качестве высшей передачи прямой или ускоряющей определяется длительностью ее использования (желательно наиболее длительно используемую передачу делать прямой как для уменьшения потерь, так и для увеличения долговечности коробки передач), конструкцией редуктора заднего моста.
Применение высшей передачи, используемой при движении с уменьшенной нагрузкой или при движении по хорошим дорогам, с уменьшенным знаменателем прогрессов (отношением передаточных чисел соседних передач), целесообразно для всех грузовых автомобилей общего назначения, хотя увеличение числа передач и сопровождается некоторым увеличением габаритных размеров и веса коробки передач. На тяжелых грузовых автомобилях, работающих в основном с прицепами, устанавливают восьми-, десяти-, двенадцати- и даже шестнадцатиступенчатые коробки передач с диапазоном передаточных чисел порядка 10…12. При выборе значений передаточных чисел коробки передач для грузовых автомобилей желательно иметь значение динамического фактора на прямой передаче (при полной нагрузке автомобиля) не менее 0,05, а для автомобилей самосвалов - 0,06.
В случае использования прицепов динамический фактор на прямой передаче не должен быть ниже 0,03. Максимальное значение динамического фактора на низшей передаче для грузовых автомобилей составляет 0,35…0,4, а для автомобилей, работающих в тяжелых дорожных условиях-0,5…0,6. Нередко, с целью использования имеющейся коробки передач, получение.
Низшая передача в коробке передач служит, как правило, для преодоления особо трудных участков пути, для трогания с места груженого автомобиля и для маневрирования (минимальная скорость автомобиля при 500 об/мин вращения коленчатого вала двигателя как на переднем, так в на заднем ходу составляет обычно 1,5…2 км/час). Во всех остальных случаях грузовой автомобиль трогается с места на второй передаче, для которой динамический фактор составляет около 0,2. Передаточное число заднего хода должно обеспечивать, помимо минимальной скорости маневрирование, возможность развивать на колесах достаточное тяговое усилие для преодоления препятствий. Значения максимального динамического фактора на заднем ходу для отечественных грузовых автомобилей находятся в пределах 0,32…0,43.
2) Возможность длительного разъединения двигателя от трансмиссии без выключения сцепления в ступенчатых коробках передач обеспечивается достаточно легко. При наличии гидротрансформатора, если турбина всегда связана с колесами автомобиля, это осуществить труднее. В этом случае момент, передаваемый на колеса при холостых оборотах вала двигателя, должен быть заведомо недостаточен для трогания автомобиля с места.
3) Существующая система управления с одним рычагом, размещенным сбоку от водителя, хотя и проста, но недостаточно удобна. Для удобства управления коробкой передач целесообразно рычаг управления перенести на рулевую колонку. Но при этом усложняется система управления и возникает ряд трудностей вследствие необходимости приложения значительных усилий к рычагу при переключении передач, уменьшения общей жесткости привода и увеличения суммарных зазоров.
При отсутствии синхронизирующих устройств для переключения ступенчатой коробки передач от водителя требуются определенные навыки. Например, для безударного переключения с высшей передачи на низшую необходимо: выключить сцепление и установить рычаг переключения передач в нейтральное положение, включить сцепление и нажать на педаль привода дроссельной заслонки, затем отпустить педаль, и выключив сцепление, включить нужную передачу, после чего снова включить сцепление. Поэтому, желательно, чтобы конструкция коробки передач обеспечивала возможность безударного включения шестерен даже при отсутствии у водителя достаточной квалификации. Оптимальным вариантом (кроме, конечно, автоматического управления) является возможность переключения передач без использования педалей сцепления и управления подачей топлива. Для облегчения управления желательно обеспечить возможность переключения из нейтрального положения на любую передачу и перехода с любой передачи в нейтральное положение, т. е. обеспечить избирательность.
4) Бесшумность работы коробки передач особенно важна для автомобилей, применяемых для перевозки людей. В коробках передач с косозубыми шестернями постоянного зацепления удается обеспечить большую бесшумность, чем в коробках передач с прямозубыми шестернями. Синхронизаторы устраняют скрежет шестерен вследствие неумелого обращения. В значительной степени бесшумность работы шестерен зависит от точности их изготовления, жесткости и материала картера, а также от точности установки и жесткости валов.
5) Шестеренчатая коробка передач обеспечивает в настоящее время наиболее высокий КПД: при передаче полной мощности ?=0,96...0,98.
Так как автомобиль большую часть времени движется на одной из высших передач, например, на четвертой, то для уменьшения потерь на трения и износ шестерен и подшипников эта передача осуществляется обычно соединением ведущего (первичного) и ведомого (вторичного) валов. При движении на прямой передаче потери мощности в коробке передач вызываются почти исключительно выбалтыванием масла. Поэтому большое распространение получила схема, при которой ведущий и ведомый валы устанавливают сносно, хотя известны схемы, при которых прямая передача отсутствует и ведущий и ведомый валы не соосны.
6) Коробки передач должны обеспечивать надежную работу в интервале температур окружающей среды от минус 60 до плюс 40 градусов Цельсия. Большинство коробок передач обеспечивают работу до капитального ремонта соответствующую пробегу автомобиля 100…200 тысяч километров и более. Основным дефектом, влияющим на срок работы коробок передач обычной конструкции, является разрушение торцов зубьев переключаемых муфт и шестерен. В эксплуатации это проявляется часто в виде самовыключения передач (последнее иногда происходит и в новых коробках передач, при недостаточной точности изготовления или вследствие недостатков конструкции). Поэтому синхронизаторы следует применять не только для повышения удобства управления надежности коробки передач. Коробки передач обычного типа просты в обслуживании и не требуют регулировок. Обслуживание коробок передач сводится к периодической смене масла и подтягиванию гаек крепления.
7) Наиболее простой по конструкции и дешевой в изготовлении является обычная ступенчатая коробка передач, чем и объясняется ее большое распространение на грузовых автомобилях.
2.Ступенчатые коробки передач
На большинстве легковых и грузовых автомобилях устанавливают ступенчатые коробки передач. Ступенчатые коробки передач могут иметь разное число применяемых валов. Долгое время на автомобилях применялись только трехвальные коробки передач. Крутящий момент от двигателя передается с помощью сцепления на ведущий вал (первичный) коробки передач, на котором имеется шестерня. Параллельно ведущему валу располагается промежуточный вал с набором соединенных с ним шестерен. Ведущий вал находится на одной оси с ведомым (вторичным) валом и может быть соединен с ним напрямую для получения прямой передачи с передаточным числом, равным единице. Кроме того, одна из шестерен промежуточного вала находится в постоянном зацеплении с шестерней ведущего вала, а другие -- со свободно вращающимися на ведомом вале шестернями.