Анализ конструкции и методика расчета автомобиля ВАЗ-2105

Для выравнивания угловых скоростей соединяемых элементов необходимо на поверхностях конусов создать момент трения Мтр. Уравнение динамики Jпdω/dt = Мтр подсистемы с моментом инерции Jп можно проинтегрировать:

.

Считая момент трения Мтр постоянным в течение процесса синхронизации, получим

Мтр =Jп (ω1

— ω2) / t. (1)

Здесь ω2 = ωe/uКПi — угловая скорость ведомого вала до переключения (принято, что за время переключения передачи ω2=const); ω1 = ωe/uКПi+1 — угловая скорость включаемого зубчатого колеса более высокой передачи; t — время выравнивания угловых скоростей (время синхронизации). После подстановки в уравнение (1) значений ω1 и ω2получим

. (2)

Рассмотрим силовое взаимодействие элементов синхронизатора автомобиля ВАЗ 2105.

Рисунок 6. Схема инерционного синхронизатора

Момент трения, создаваемый на конусных поверхностях, может быть выражен через нормальную силу Рп на конусах синхронизации:

Мтр = Рп μ rср, (3)

где Рп — нормальная сила на поверхности трения; μ — коэффициент трения; rср — средний радиус конуса.

В свою очередь, нормальная сила может быть выражена через усилие Q, создаваемое водителем при включении передачи,

Рп = Q / sinδ. (4)

Приравняв правые части уравнений (2) и (3), используя зависимость (4), найдем связь между усилием, создаваемым на муфте синхронизатора, и параметрами, характеризующими синхронизатор:

. (5)

В частности, из этого выражения видно, что усилие Q связано с временем синхронизации обратной зависимостью: чем больше усилие Q, тем меньше время синхронизации; усилие Q тем меньше, чем больше плотность ряда коробки передач.

Работа, затрачиваемая на выравнивание угловых скоростей, т. е. работа трения, затрачиваемая на поглощение кинетической энергии вращающихся деталей:

.

Из этого уравнения следует, что работа трения (работа буксования) синхронизатора пропорциональна квадрату разности угловых скоростей соседних передач и не зависит от времени. Для уменьшения работы буксования синхронизатора необходимо увеличивать число передач в коробке, чтобы сблизить передаточные числа соседних передач; при этом также улучшаются тягово-экономические свойства автомобиля. Однако при увеличении числа передач возрастает момент инерции вращающихся деталей и, следовательно, работа буксования синхронизатора, а также усложняется управление коробкой передач. В выполненных конструкциях коробок передач рациональное согласование влияния рассмотренных противоречивых факторов нашло отражение в том, что шаг ряда передаточных чисел выбирают в пределах 1,1 . 1,5.

Принято оценивать синхронизатор по удельной работе трения (буксования)

L'C = LC/FC,

где Fc — площадь конуса синхронизатора. По расчетным данным, удельная работа трения (в МДж/см2) синхронизатора автомобилей находится в следующих пределах.

Работа трения синхронизатора сопровождается выделением теплоты. За одно включение температура синхронизатора повышается

ΔT = γcLc/(mcc),

где γc — коэффициент перераспределения теплоты между деталями (для синхронизаторов γc = 0,5); тс — масса синхронизатора; с — коэффициент теплоемкости

За одно выключение синхронизатор может нагреваться на 15 .30°С.

Блокировка осуществляется блокирующими устройствами синхронизаторов, препятствующими включению передачи до полного выравнивания угловых скоростей соединяемых элементов.

Рисунок 7. Схемы блокирующих устройств синхронизаторов:

а — с блокирующими зубьями; б — с блокирующими вырезами в цилиндрах; в — с блокирующими пальцами

Окружная сила, прижимающая блокирующие элементы,

Pб = Мтр / rб,

где r6 — радиус расположения блокирующих элементов

Эта сила вызывает реакцию на блокирующих поверхностях

Px = Мтр / (r6 tgβ).

Для того чтобы передача не могла быть включена до полного выравнивания угловых скоростей, сила Q, приложенная к муфте синхронизатора, должна быть меньше Рх:

Q < Px.

С увеличением силы Q растет момент Мтр, а следовательно, увеличивается сила Рх (силы трения на блокирующих поверхностях не учитываются).

Выразив силу Q через параметры синхронизатора, характеризуемые уравнением (5), получим

tgβ = μ rср / (sinδ r6).

Следует особо подчеркнуть, что резкое увеличение усилия Q (при правильно выбранных параметрах синхронизатора) не может привести к преждевременному включению передачи до полной синхронизации и обычно приводит или к ускоренному изнашиванию блокирующих деталей, или к их поломкам.

Если учесть трение на блокирующих поверхностях, то осевая реакция увеличится на величину

P'x = P'п μ'sinβ,

где μ'— коэффициент трения блокирующих поверхностей; Р'п — нормальная сила давления на блокирующих поверхностях. Чтобы не произошло преждевременного включения передачи, достаточно обеспечить неравенство Q < Px — Р'х, которое после преобразований можно записать в следующем виде:

.

В этом случае угол β несколько больше, чем рассчитанный без учета трения на блокирующих поверхностях.

Параметры синхронизаторов выбирают в следующих пределах: μ = 0,06 .0,1; δ = 6 .12°; β = 25 .40°. В качестве материала для конусных колец используют бронзу. На трущиеся поверхности колец наносят канавки для разрушения масляной пленки и увеличения коэффициента трения.

Нагрузки в коробке передач.

Рисунок 8. Схема сил, действующих в двухвальной коробке передач

На рисунке 8 представлена простейшая схема двухвальной коробки передач при включении одной передачи и схемы сил, действующих на зубчатые колеса и валы. На зубья пары постоянного зацепления привода промежуточного вала действуют следующие силы:

- окружная: Pп.з = Mкmax/r ωп.з;

- осевая (при косозубых колесах): Pхп.з = Pп.з tgβ;

- радиальная: PRп.з = Pп.з tga αω / cosβ;

- нормальная: Pnп.з = Pп.з /(cos αω cosβ).

Здесь αω — угол профиля зуба; (β — угол наклона зубьев; r ωп.з — радиус делительной окружности шестерни ведущего вала. На зубья пары при включении j'-й передачи действуют силы:

- окружная Pi = Mкmax ui / rωi;

- осевая Pхi = P1 tgβ;

- радиальная PRi = Pi tga αω / cosβ;

- нормальная Pni = Pi /(cos αω cosβ).

 Скачать реферат