Ступенчатые и планетарные коробки передач механических трансмиссий - часть 1

ВВЕДЕНИЕ

Современные автомобили отличаются большой надежностью и долговеч-

ностью.  Однако  дальнейшее  повышение  тягово-скоростных  свойств  требуют
совершенствования  конструкций  коробок  передач  и  ее  элементов,  что  невоз-
можно без глубоких знаний конструкции  силовых потоков.

Задачей настоящего учебного пособия является рассмотрение различных

схем с несколькими степенями свободы, выбор параметров зубчатых колес и
кинематических расчетов, синтез планетарных передач.

В связи с этим предлагаемое пособие содержит необходимые сведения для

выполнения курсового проекта. В качестве исходных данных используются ре-
зультаты курсовой работы по дисциплине «Теория автомобиля и трактора».

Методика изложения материала адаптирована к современным автомоби-

лям отечественного производства. Расчеты могут быть выполнены на ЭВМ с
использованием программ «Machtcad – Профессионал» и «Ansis».

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ

Требования к конструкции ступенчатой коробки передач разделяются на

специальные и общетехнические. К специальным требованиям относятся: обес-
печение  заданных  чисел  передач  и  передаточных  чисел  и,  тем  самым,  преду-
смотренных расчетом тяговых и скоростных свойств и топливной экономично-
сти  автомобиля  за  счет  надлежащего  выбора  схемы  коробки  передач  и  ком-
плекта ее зубчатых колес; удобство переключения передач (малые усилия и хо-
ды рычага), достаточно быстрое и бесшумное; надежная фиксация включенной
передачи  против  самовыключения;  обеспечение  фиксированного  положения
нейтрали  механизма  переключения  передач  для  разобщения  двигателя  от
трансмиссии,  а  также  включение  в  него  устройств,  предотвращающих  одно-
временное  включение  двух  передач  и  случайное  включение  передачи  заднего
хода при движении вперед; приспособленность коробки передач грузового ав-
томобиля к установке механизма отбора мощности.

Число элементов управления, включаемых на одной передаче, на единицу

меньше числа степеней свободы коробки передач. При числе ступеней не более
7  коробки  передач  механических  трансмиссий  выполняются  обычно  с  двумя
степенями  свободы.  В  этих  коробках  для  получения  определенной  передачи
включается осевым перемещением одна зубчатая муфта или передвижное зуб-
чатое колесо. Коробки передач с числом ступеней 8 и более условно называют-
ся  многоступенчатыми.  При  числе  ступеней 8 – 15 они  выполняются  с  тремя
степенями  свободы – для  получения  определенной  передачи  включаются  два
элемента управления. При числе ступеней 16 и более многоступенчатые короб-
ки передач имеют обычно четыре степени свободы. Увеличение числа степеней
свободы  позволяет  за  счет  некоторого  усложнения  управления  уменьшить  не-

обходимое количество зубчатых колес в коробках передач с большим числом
ступеней.

Большинство коробок передач выполняется однопоточными, так что через

каждое зубчатое зацепление включенной передачи проходит вся передаваемая
мощность. Коробки передач, у которых мощность передается двумя или тремя
параллельными механическими потоками, применяются редко, так как увели-
чение количества потоков приводит к усложнению конструкции. Это усложне-
ние, однако, позволяет уменьшить нагрузки на зубчатые колеса, валы и под-
шипники и несколько сократить размеры указанных элементов.

Основные кинематические параметры коробки передач: диапазон переда-

точных чисел (переднего хода) Д

; число ступеней n; передаточное число выс-

шей передачи u

Диапазоном передаточных чисел называют отношение передаточных чи-

сел крайних передач — низшей (u

) и высшей (u

). Низшую передачу принято

называть первой. Высшей передачей в соосных коробках передач является пря-
мая передача (u

= 1) или ускоряющая (u

< 1).

Дополнительным параметром ступенчатой коробки передач является пока-

затель средней плотности ряда передаточных чисел q =

−

. В случае, если

принятая  закономерность  построения  ряда  передаточных  чисел  соответствует
геометрической  прогрессии,  показателем  плотности  ряда  является  ее  знамена-
тель. У 5-ступенчатых коробок передач грузовых автомобилей, к примеру, по-
казатель средней плотности ряда находится обычно в пределах 1,6 – 1,7. Мно-
гоступенчатые  коробки  передач  выполняются  с  уплотненным  рядом  переда-
точных чисел, имеющим q

≈

1,25 – 1,40.

1. ВЫБОР СХЕМЫ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ

1.1. Коробки передач с двумя степенями свободы

Коробка передач состоит из редукторной части, являющейся основной, и

механизма  переключения  передач.  Разработке  конструкции  коробки  передач
предшествует  выбор  схемы  редукторной  части.  Коробки  передач  с  двумя  сте-
пенями  свободы  выполняются  по трехвальной  соосной или двухзальной не-
соосной  схемам. Примеры  часто  применяемых  соосных  схем  показаны на
рис. 1.1.

При соосном расположении входного и выходного валов можно непосред-

ственным их соединением получить прямую передачу. При движении автомо-
биля на прямой передаче зубчатые колеса и подшипники коробки передач не
нагружаются. Соответственно снижаются скорость изнашивания, потери мощ-
ности и шум. На прочих передачах прямого хода в трехвальной коробке сило-
вой поток передается последовательно через два зубчатых зацепления.

Последнее позволяет при необходимости получить относительно боль-

шое передаточное число низшей передачи, например, u

≈

7 – 9.

Рис. 1.1. Схемы трехвальных коробок передач с соосным расположением входного

и выходного валов: а – ВАЗ-2101 б – ГАЗ-53, УАЗ0451; г – ЗИЛ-130;

д – КамАЗ ЯМЗ-14, е – JFF «W50L»; ж – Eaton «D-203»; з – Zahnradfabrik «FR6-80»;

вщ.п.

, z

вм..п.

, z

вщ.

, z

вм1

- числа зубьев ведущего (вщ) и ведомого (вм) зубчатых колес

пары привода промежуточного вала (п) и первой передачи (1)

Коробки передач, выполненные по двухвальной схеме, конструктив-

но  проще.  Однако  двухвальная  схема  исключает  возможность  иметь  прямую
передачу  и  существенно  ограничивает  передаточное  число  низшей  передачи.
На всех передачах прямого хода в двухвальной коробке силовой поток переда-
ется  через  одно  зубчатое  зацепление  и  поэтому  осуществление  передаточного

числа, превышающего, например, u

= 4, возможно лишь при увеличении раз-

меров конструкции. Двухзальная схема применяется в тех случаях, когда это
приводит к упрощению трансмиссии и при этом не требуется большого переда-
точного числа низшей передачи. Эту схему имеют обычно коробки передач тех
легковых и спортивных автомобилей, у которых двигатель размещен рядом с
ведущим мостом.

Схемы трехвальных коробок передач, имеющих одинаковое число ступе-

ней, различаются в основном количеством пар зубчатых колес, находящихся в
постоянном зацеплении, и построением передачи заднего хода. На рис. 1.1, а–в
показаны  схемы 4-ступенчатых  коробок  передач.  В  первой  и  второй  –
постоянное зацепление имеют четыре пары зубчатых колес, передвижное зуб-
чатое колесо применено для включения заднего хода. В третьей схеме имеются
три пары колес с постоянным зацеплением, передвижные зубчатые колеса ис-
пользуются для первой передачи и заднего хода. Схемы 5-ступенчатых коробок
передач показаны на рис. 1.1, г – е. В первой – одно передвижное зубчатое ко-
лесо  обеспечивает  включение  первой  передачи  и  заднего  хода,  во  второй  и
третьей – все зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении. В схемах 6-
ступен-чатых коробок передач (рис. 1.1, ж, з) первая имеет одно передвижное
зубчатое  колесо  для  включения  первой  передачи  и  заднего  хода;  во  второй –
все зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении.

При построении схемы передачи заднего хода используется одновенцовая

промежуточная шестерня или промежуточный двухвенцовый блок. Первый ва-
риант проще, но при этом зубья одновенцовой шестерни испытывают наиболее
неблагоприятный цикл изменения напряжений изгиба – знакопеременный сим-
метричный. Для варианта с двухвенцовым блоком характерен более благопри-
ятный односторонний цикл (от нуля). Этот вариант позволяет осуществить не-
сколько большее передаточное число заднего хода.

Переход от передвижных зубчатых колес коробок передач, применявших-

ся в ранних конструкциях, к зубчатым колесам постоянного зацепления объяс-

няется рядом преимуществ последнего. При постоянном зацеплении парных

зубчатых колес торцы зубьев рабочих венцов не повреждаются. Повреждения

торцов зубьев характерны для пар, имеющих передвижное зубчатое колесо.

Ход передвижной зубчатой муфты, включающей передачу при постоянном за-

цеплении зубчатых колес, значительно меньше хода передвижного зубчатого

колеса. Соответственно меньше и ход рукоятки рычага переключения, что об-

легчает управление. Повышению удобства управления при постоянном зацеп-

лении зубчатых колес способствует также возможность применения синхрони-

заторов. Наконец, при постоянном зацеплении упрощается применение косозу-

бых передач, имеющих в сравнении с прямозубыми большую плавность рабо-

ты. Передвижные колеса устанавливаются на валу на шлицах; для косозубых

колес шлицевое соединение должно выполняться винтовым, что технологиче-

ски сложнее.

Однако с увеличением числа пар зубчатых колес с постоянным зацеплени-

ем  повышаются  нагрузки  на  синхронизаторы  коробки  передач.  Последние  в
процессе  синхронизации  должны  воздействовать  на  систему  большего  числа
согласованно  вращающихся  деталей.  Чтобы  получить  первую  передачу  и  зад-

содержание .. 1 2 3 ..