Значення і

Кількість передач	П е р е д а ч а
	1	2	3	4	5
3	0,02	0,1	0,88
4	0,01	0,04	0,25	0,7
5	0,01	0,03	0,12	0,24	0,6

Коефіцієнт відносної частоти обертання підшипника на і-й передачі

де n_i – частота обертання кільця підшипника на і-й передачі; n_екв – еквівалентна частота обертання, в розрахунках приймається 1000 хв^-1.

Частота обертання відповідного підшипника:

– для підшипників первинного вала

, (3.18)

де V_aср= 0,6V_amax – середня швидкість руху автомобіля; u_д2, u₀ – передатні числа додаткової коробки та головної передачі.

• для підшипників проміжного вала

;

• для заднього підшипника вторинного вала

;

– для переднього підшипника вторинного вала

.

Приведене навантаження на підшипник на і-й передачі

якщо (3.19)

якщо (3.20)

де X, Y – коефіцієнти радіального та осьового навантаження; e – параметр осьового навантаження; R_ri, R_ai – відповідно радіальне та осьове навантаження на підшипник на і-й передачі; V – коефіцієнт обертання, що враховує яке кільце обертається, V = 1,0 якщо обертається внутрішнє кільце, V = 1,2 якщо обертається зовнішнє кільце, К_б – коефіцієнт безпеки, що враховує динамічність навантаження, К_б = 1,0…1,3; К_T – температурний коефіцієнт, що залежить від температури нагрівання, при температурі нагрівання до 100 ⁰С К_Т = 1.

Коефіцієнти X, Y, e визначаються за каталогом [4].

Довговічність підшипника в годинах

.

де S – міжремонтний пробіг автомобіля; S =100000 км – для малолітражних легкових автомобілів; S = 160000 км – для решти легкових і всіх вантажних; S = 200000 км – для автобусів.

На основі розрахованого значення динамічної вантажопідйомності за каталогом вибирають підшипник, враховуючи умову

,

де С₀ – базовий коефіцієнт динамічної вантажопідйомності підшипника за каталогом.

3.4.8. Розрахунок синхронізаторів коробки передач

Синхронізатори слугують для вирівнювання кутових швидкостей зубчастих коліс і валів, що з'єднуються з метою безударного вмикання передач. Синхронізатори є двох типів: граничного тиску і інерційні (з блокуванням).

Синхронізатори граничного тиску при сильному натисканні на важіль перемикання не запобігають від ударного з'єднання зубчастих коліс. Тому від водія вимагаються певні навики: під час перемикання не різко натискати на важіль перемикання, а з затримкою в часі, необхідною для вирівнювання кутових швидкостей деталей, що з'єднуються.

Інерційні синхронізатори повністю запобігають від ударного вми­кання передач і застосовуються сьогодні на більшості автомобілів. У загальному випадку інерційні синхронізатори складаються з вирівнювальних елементів, блокувальних елементів і елементів вмикання.

Вирівнювальні елементи виконуються, як правило, фрикційного типу і призначені для поглинання енергії сил інерції обертових мас.

Блокувальні – це елементи, що унеможливлюють жорстке з'єднання деталей, що вмикаються до повного вирівнювання їх кутових швидкостей.

Елементи вмикання – це зубчасті муфти, які вмикають ту чи іншу передачу.

Правильна робота синхронізатора забезпечується певним співвідношенням між кутами конусів вирівнювальних елементів, кутами нахилу блокувальних елементів, радіусами розташування вирівнювальних і блокувальних елементів та коефіцієнтом тертя між поверхнями тертя вирівнювальних елементів.

Схема динамічної системи та роботи інерційного синхронізатора автомобіля ЗиЛ зображена на рис. 3.7.

На рис. 3.7, а до І_т відносяться всі деталі, що жорстко з'єднані з веденим диском зчеплення при вимкненому стані зчеплення і нейтральній передачі в коробці передач. Це ведений диск зчеплення, первинний вал коробки передач, проміжний вал з усіма зубчастими колесами, жорст­ко з'єднаними з ним і зубчасті колеса вторинного вала, що перебувають в постійному зачепленні з зубчастими колесами проміжного вала.

До І_а належать всі деталі, що жорстко з'єднані з веденим валом коробки передач. Це вторинний вал з синхронізаторами, карданний вал, обертові деталі ведучого мосту, ведучі колеса і маса всього автомобіля.

Для вирівнювання кутових швидкостей елементів, що з'єднуються на конічних поверхнях необхідно створити момент тертя

.

а б

Рис. 3.7. Схема динамічної системи (а) та роботи інерційного синхронізатора автомобіля ЗиЛ (б)

Інтегруючи цей вираз, отримаємо

звідки

де – кутова швидкість зубчастого колеса вищого ступеня, що з'єднується з валом при вмиканні передачі; – кутова швидкість веденого вала до перемикання; t – час вирівнювання кутових швидкостей.

Підставляючи значення ₁і ₂, отримаємо

(3.21)

З іншого боку, при вмиканні передачі вилка через кільце, штифт 2, зубчасту муфту 1 і стопор, притискує з силою F внутрішню конічну поверхню обойми 3 до конічної поверхні зубчастого колеса 4. На конічних поверхнях виникає момент тертя

(3.22)

де R – нормальна сила, що виникає між конічними поверхнями тертя; F – осьова сила, яку створює водій при перемиканні передач;  = 0,1 – коефіцієнт тертя; r_c – середній радіус поверхонь тертя;  – кут нахилу конічних поверхонь тертя.

З попереднього рівняння знаходимо F

(3.23)

де _m = (0,5...0,7)_N – для карбюраторних двигунів; _m = (0,75…0,85)_N – для дизельних двигунів; t = (0,2...0,8)с – для легкових автомобілів; t = (0,3...1,5)с – для вантажних автомобілів.

З цієї залежності очевидно, що чим більша сила F, тим менший час синхронізації. Сила F залежить від щільності ряду передатних чисел коробки передач. Чим більша щільність ряду (більше передач), тим сила F менша і менше необхідне зусилля для перемикання передач.

Блокування здійснюється блокувальними пристроями синхронізаторів, які унеможливлюють вмикання передачі до повного вирівнювання кутових швидкостей елементів, що з’єднуються. Схеми блокувальних пристроїв синхронізаторів у коробках пере­дач різних автомобілів зображені на рис. 3.8.

а б в

Рис. 3.8. Схеми блокувальних пристроїв синхронізаторів: а – з блокувальними зубцями (ГАЗ); б – з блокувальними пальцями (ЗиЛ); в – з блокувальними заглибленнями

Так, наприклад, для блокувального пристрою із штифтом 6 та заглибленнями у обоймі 5 (рис. 3.8, в), як тільки виникне момент тертя T_тр, обойма 5 трохи повернеться і штифт 6 ввійде у заглиблення обойми. При цьому між штифтом і обоймою виникне нормальна сила Q:

(3.24)

де  і r_б – відповідно кут нахилу і середній радіус блокувальних поверхонь.

Для того, щоб штифт 6 не виштовхнувся із заглиблення обойми 5 і не відбулось ударне вмикання передачі необхідно, щоб горизонтальна складова сили Q – сила F₁ була більша, або дорівнювала силі F

звідки

Конструктивно, як правило r_б = r_с. Тоді

Це і є умовою неможливості вмикання передачі до повного вирівнювання кутових швидкостей деталей, що з’єднуються.

Коли кутові швидкості обойми 5 і зубчастого колеса вирівнюються, тоді зни­кає момент тертя Т_тр, а також сила F₁. Під дією сили F, яку створює водій, штифт 6 вийде із заглиблення обойми 5 і зубчаста муфта, на якій кріпиться штифт зможе переміщатись в осьовому напрямі, вмикаючи ту чи іншу передачу. В інших синхронізаторах конструк­ції блокувальних елементів виконані по-іншому.

За зусиллям F визначається питомий тиск на поверхнях тертя синхронізатора p₀ та зусилля на важелі перемикання передач F_в

(3.25)

де b – довжина твірної конусу тертя.

(3.26)

де u_в – передатне число важеля перемикання передач.

Допустиме зусилля на важелі перемикання передач становить [F_в] = 60 Н – для легкових автомобілів і автобусів; [F_в] = 100 Н – для вантажних автомобілів.

Для оцінки довговічності синхронізатора визначають повну L, і питому q, ро­боту буксування та підвищення температури t за одне вмикання синхронізатора

(3.27)

де – площа поверхні тертя.

Допустима питома робота буксування становить [q] = 20 Дж/cм² – для легкових автомобілів; [q] = 60 Дж/cм² – для вантажних автомобілів.

(3.28)

де  = 0,5 – коефіцієнт перерозподілу теплоти між деталями; m_c – маса деталі, що нагрівається (бронзового кільця); C – коефіцієнт теплоємності деталі, для бронзи С = 380 Дж/кг град.