Елементи механічної коробки передач та параметри (види) розрахунків

№ пп	Елементи коробки передач	Параметри (види) розрахунків та визначення	Примітка
1	Вали.	Міцності та жорсткості, після попереднього визначення конструкції та розміру вала за умови забезпечення достатньої жорсткості ( радіальних сил згинання та прогину, сил осьових та сил що діють на опори валів ) та паралельності валів. Кількості та розмірів шліців залежно від діаметру вала та їх перевірка на зминання та зріз.
2	Шестірні (зуб’я та шліци).	Числа та кута похилу зуб’їв, їх міцність на згин та зношування. Зріз та зминання шліців.

3	Синхронізатори (вирівнюючі та блокуючі елементи).	Осьових сил та сил тертя, моментів тертя та інерції, часу синхронізації, умови блокування синхронізатора.
4	Підшипники.	Підбирають в залежності з динамічною вантажопідйомністю.

На сучасних автомобілях в основному встановлюють ступінчаті коробки передач з нерухомими або рухомими осями валів. Коробки передач з рухомими осями валів називають планетарними. Коробки передач з нерухомими осями валів поділяють на 2-х ( передньоприводні автомобілі ), 3-х, 4-х вальні.

В коробках передач автомобілів всі шестірні ( крім шестірні заднього

ходу ) косозубі. Основним недоліком косозубих шестірень є виникнення, при роботі, осьових навантажень на валах. Такі навантаження значно зменшують довговічність роботи підшипників. Тому, при конструюванні коробок передач, необхідно врівноважувати осьові зусилля, які виникають в зубчатих колесах одного вала.

Рис 17. Схема сил, що виникають на шестірнях проміжного вала.

1- шестірня приводу проміжного вала. 2 – шестірня і-ї передачі.

Осьові сили , що діють на проміжний вал врівноважуються, якщо значення сил і рівні по величині і протилежні по напряму дії, тобто коли виконується умова, що = (1).

Направленість сил назустріч друг другу досягається тоді, коли зуб’я двух шестірень похилені в одну сторону.

Виникаючі на шестірнях, при їх роботі кругові сили

(2).де

Т- максимальне значення крутного моменту двигуна,

r, r-радіуси початкових окружностей відповідних шестірень.

Діючі на вал осьові сили

(3).

тоді (4). Звідки

(5).

З умови рівності крутного моменту на всіх шестірнях проміжного вала

, можна записати

(6).

Порівнюючи рівняння (6) з (5) отримаємо умову рівності осьових сил, виникаючих на зубцях шестірень проміжного вала:

На практиці часто відступають від цієї умови в зв’язку з необхідністю витримувати міжцентрові відстані всіх пар шестірень, які знаходяться в зачепленні. В цьому випадку кути і вибирають так, щоб рівнодіюча сил і була направлена до задньої стінки коробки передач і яка б сприймалася зовнішньою обоймою заднього підшипника проміжного вала. Обойма підшипника фіксується в корпусі розрізною шайбою.

В коробці передач розраховують синхронізатори, вали, шестірні і підбирають підшипники.

Робочий процес синхронізатора:

Аналізуючи робочий процес синхронізатора, розглянемо два його пристрої – вирівнюючий та блокуючий.

А ) Вирівнюючий пристрій синхронізатора.

Момент тертя

Враховуючи, що можна записати

Момент інерції від дотичних сил деталей, що обертаються:

Де J-момент інерції деталей, що обертаються.

Рис 18.Схема сил, що діють у вирівнюючому пристрої синхронізатора.

кутове прискорення шестірні передачі, котра включається.

- частота обертання шестірні передачі (більш високої), що

виключається .ω - частота обертання колінчатого вала двигуна.

- частота обертання веденого вала до переключання передачі (на більш низькій передачі). t- час синхронізації (вирівнювання) частот обертання.

Таким чином підставивши значення, що входять до ε отримаємо.

(7)

Для забезпечення процесу синхронізації повинна виконуватись умова

Ттр = Ij , тобто

звідки

час синхронізації

Осьова сила, що діє на муфту синхронізатора,

Де F– зусилля, яке прикладає водій до важеля включення передач.

Б ) Блокуючий пристрій синхронізатора спрацьовує, як тільки на вирівнюючих конусах виникає сила тертя

.

Силою, що розблоковує синхронізатор (без урахування сил тертя на конусних поверхнях), є сила F. Щоб не було передчасного включення передачі (до вирівнювання частот обертання елементів, що з’єднуються ), повинна виконуватись умова.

Рис 19. Cхема сил, що діють на блокуючий пристрій синхронізатора.

Оскільки , тоді

умова матиме вигляд

, звідки отримаємо

Таким чином, умову блокування синхронізатора виражає нерівність

.

Якщо r = r , то умова блокування набуває вигляду

При дотриманні цієї нерівності включити передачу можливо лише після вирівнювання частот (кутових швидкостей) обертання елементів, що з’єднуються

У синхронізаторів сучасних автомобілів приймають μ = 0,06, α = 6…7,

.

Вали розраховують на міцність та жорсткість. Перед розрахунками попередньо визначають конструкцію та розміри валів по умові забезпечення жорсткості. Забезпечується достатня жорсткість при співвідношенні великого діаметра d до відстані між опорами l для первинного і проміжного валів в проміжку 0,16…0,18, а у вторинного вала в проміжку 0,18…0,21 і співвідношення діаметра вала d до міжвісьної відстані α у проміжного вала складає 0,45. Попередньо діаметр первинного вала вибирають, користуючись залежністю, мм . Коефіцієнт кприймають в проміжку 4…4,6.

Розрахунок вала на втомленість, як правило не проводяться, так як в практиці поломки через втомлення валів не спостерігаються.

При знаходженні чисел зуб’їв та дійсних передаточних чисел креслять спрощену кінематичну схему коробки передач.

Рис 20.Спрощена кінематична схема 5-ти ступінчатої коробки передач.

Для забезпечення паралельності валів коробки передач необхідно, щоб міжосьові відстані кожної зубчатої пари були одинакові, тобто, щоб виконувалась умова

де m- нормальний модуль шестерні, що знаходяться в зачепленні,

Z , β- відповідно число та кут нахилу зуб’їв.

Якщо взяти до уваги необхідність рівності сум чисел зуб’їв кожної з пар шестерень, тобто Z + Z = Z + Z = …… то для виконання умови одна-ковості міжосьової відстані, потрібно виконання умов рівності

При визначенні чисел зуб’їв пари шестірень привода проміжного вала приймають Кількість зуб’їв Z= uZ.

Значення модуля визначають , виходячи з умов міцності зуба, складних напругах згину та стиску.

Шестірні перевіряють на міцність по напруженнях згину зуб’їв, їх зношування – по контактних напругах. Стосовно шестірень, виготовлених з одного матеріалу, напруги стиску.

Де F – колове зусилля, Е – модуль пружності матеріалу,

для сталі Е = 210 Гпа. В- довжина лінії контакту зуб’їв. В= (r+r)sin.

r , r- радіуси первісних обводів відповідних шестірень. Знак (+ ) приймають при зовнішньому зачепленні зуб’їв, (-) при внутрішньому.

Кількість та розміри шліців на валу обирають залежно від діаметра вала. Шліци перевіряють на зминання та зріз.

Підшипники (опори валів) коробки передач підбирають за каталогом у відповідності з динамічною вантажною під’ємністю G.

Де – еквівалентне динамічне навантаження -Н . р –показник ступеня

L- номінальна довговічність, млн. обертів.

а- узагальнений коефіцієнт, що характеризує спільний вплив на довговічність підшипника якості металу та умов експлуатації.

В зв’язку з тим, що довговічність підшипника коробки передач повинна відповідати пробігу автомобіля до капітального ремонту, величину L доцільно вимірювати не в млн.. обертів, а в годинах,

де

ω- частота обертання відповідного вала с.

L- номінальна довговічність в год .

де

- пробіг автомобіля до капітального ремонту, км.

- технічна швидкість руху автомобіля , км/год.