А, Б, В – зубчатые муфты; Г- первичный вал; Д- вторичный вал; Е- промежуточный вал

 

На рисунке рядом с муфтами (А, Б, В) стрелками показано направление движения муфт для получения той или иной передачи. Например, для получения I-й передачи муфта (Б) смещается вправо и замыкает на вторичном валу (Д) зубчатое колесо (7). Вращение от коленчатого вала двигателя через диск сцепления передается на первичный вал (Г) коробки передач. С него через зубчатое колесо (1) вращение передается зубчатому колесу (2) блока зубчатых колес. Далее через зубчатое колесо (8) вращение передается зубчатому колесу (7), жестко связанному посредством муфты (Б) со вторичным валом (Д). Таким образом обеспечивается (I) передача движения автомобиля. Передаточное число коробки передач на I-й передаче:

.

Для обеспечения заднего хода зубчатое колесо (11) при помощи муфты В перемещается влево и входит в зацепление с зубчатым колесом (13). Последнее находится в постоянном зацеплении с зубчатым колесом (12) и является паразитным. Получив вращение от колеса (12), оно передает вращение другому колесу (11), а с ним - вторичному валу коробки передач в обратном направлении.

ПРИМЕЧАНИЕ. Зубчатые муфты (А, Б, В) работают только "поодиночке": если одна из муфт включена, две другие должны быть выключены.

На рисунке также показано положение рычага управления коробкой передач при включении той или иной передачи и приведена таблица чисел зубьев зубчатых колес данной коробки перемены передач.

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Лабораторное оборудование: действующая модель механической пятиступенчатой коробки перемены передач, конструктивная схема которой приведена на рисунке.

Задача, которую должен решить студент на лабораторном занятии, рассматривая данную коробку перемены передач легкового автомобиля, ставится непосредственно преподавателем. Эта задача может быть взята из "Введения", но может быть сформулирована и самим преподавателем дополнительно.

В отчете (индивидуально), наряду с решением поставленной задачи, приводится кинематическая схема данной коробки перемены передач, выполненная в соответствии с требованиями ГОСТа.

 

 

Лабораторная работа №28

Кинематический и силовой анализ автомобильного дифференциала

Цель работы: знакомство с конструкцией и работой автомобильного дифференциала, его кинематическими и силовыми характеристиками.

На рис.1 изображена принципиальная схема трансмиссии автомобиля, начиная с двигателя (1) и заканчивая ведущими (ходовыми) колесами (6). Цифрами 2, 3, 4, 5 обозначены соответственно сцепление, коробка перемены передач, карданный вал и главная передача автомобиля.

Рис. 1. Схема трансмиссии автомобиля:

1- двигатель; 2- сцепление; 3- коробка перемены передач; 4- карданный вал;

Главная передача автомобиля; 6- приводное колесо.

 

Движение автомобиля обеспечивается двигателем внутреннего сгорания (ДВС) (1). В нем тепловая энергия топлива преобразуется в механическую энергию.

Механическая энергия в виде эффективной мощности снимается с коленчатого вала двигателя. Для ДВС эффективная мощность выражается в лошадиных силах (л.с.). Связь между эффективной мощностью в л.с. и крутящим моментом на коленчатом валу двигателя устанавливается формулой

(1)

где - частота вращения в минуту коленчатого вала двигателя.

Крутящий момент при включенном сцеплении (2) передается на коробку перемены передач (3). Посредством этой коробки момент в зависимости от включенной передачи имеет на выходном валу коробки то или иное значение и соответствующее направление (передний ход, задний ход).

Далее крутящий момент через карданный вал (4) передается главной передаче (5), которая изменяет как величину момента , так и его направление (под углом 90⁰). Посредством главной передачи (5) крутящий момент передается дифференциалу. Последний распределяет величину этого момента между полуосями, соединенными непосредственно с ведущими колесами (6) автомобиля.

Под действием на полуосях крутящих моментов на ведущих колесах (6) в местах соприкосновения с дорогой развиваются окружные усилия. Эти усилия вызывают возникновение равных им касательных реакций дороги. Указанные реакции при достаточном сцеплении колес с дорогой передаются с задней или передней оси на корпус автомобиля, сообщая ему поступательное движение.

Назначение дифференциала: обеспечивает возможность работы ведущих колес (6) автомобиля при разных угловых скоростях вращения каждого из них. Такая работа ведущих колес наблюдается при поворотах автомобиля и при движении по неровной или скользкой дороге. Дифференциал не работает (блокируется) на ровном прямолинейном сухом участке пути.

При отсутствии дифференциала одно из ведущих колес автомобиля при его повороте (внешнее колесо по отношению к повороту) будет одновременно с качением скользить по поверхности дороги, что не допускается.

Механизм дифференциала впервые был применен в 1987 году на паровом автомобиле. Однако, несмотря на известность о его существовании, некоторые автомобили продолжали выпускаться без дифференциала даже в 20-х годах текущего столетия. Например, отечественный автомобиль “НАМИ-1” не имел дифференциала.

Наибольшее распространение получили межколесные дифференциалы с коническими зубчатыми колесами.

 

КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ГЛАВНОЙ ПЕРЕДАЧИ

И ДИФФЕРЕНЦИАЛА

 

Через главную передачу осуществляется передача вращательного движения выходным валам (полуосям), связанным с ведущими колесами автомобиля, и пересекающимся (коническая передача) или скрещивающимся (гипоидная передача) под прямым углом.

На рис. 2 приведена схема главной передачи и несимметричного колесного конического дифференциала. Главную передачу образуют конические колеса (4) с числом зубьев на ведущем колесе - , на ведомом - . Ведущее колесо принято называть “хвостовиком”, а ведомое - “коронной шестерней”. Непосредственно дифференциал образуют зубчатые колеса с числом зубьев и . Зубчатые колеса с числом зубьев называются

Рис. 2. Схема ведущего моста автомобиля:

1- полуоси; 2- корпус; 3- карданный вал; 4- главная передача;

Приводные колеса; 6 - корпус

 

“сателлитами”, а с - “полуосевыми шестернями”, т.к. они выполнены непосредственно на концах полуосей (1). Сателлиты и полуосевые шестерни образуют правильное зацепление друг с другом. Они помещены в корпус (2), жестко связанный с коронной шестерней (4). Этот корпус называют “коробкой сателлитов”.

Передаточное отношение главной передачи автомобиля через число зубьев колес:

(2)

Передаточное отношение самого дифференциала через числа зубьев колес:

(3)

Передаточное отношение (3) дифференциала называют внутренним, или еще его называют кинематическим параметром и обозначают буквой .

Дифференциал, у которого число зубьев межосевых шестерен одинаково (как в данном случае), называется симметричным. Для такого дифференциала внутреннее передаточное отношение или кинематический параметр

. (4)

В автомобилестроении главная передача и дифференциал заключены в корпус (6), который называют ведущим мостом автомобиля. Этот мост может быть передним (переднеприводной автомобиль) и задним (заднеприводной автомобиль). Имеют место автомобили с передним и задним ведущими мостами одновременно (вездеходы).

 

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

 

Обозначим: , , - частота вращения (об/мин) левой и правой полуосевых шестерен и коренной шестерни соответственно. Тогда формула Виллиса для конического дифференциала принимает вид:

где - кинематический параметр.

Для симметричного конического дифференциала формула Виллиса

(5)

Знак минус указывает на разноименное вращение полуосей (или полуосевых шестерен, что одно и то же) при остановленном водиле (корпусе) дифференциала.

Из формулы (5) следует:

. (6)

При движении автомобиля по ровному прямолинейному сухому участку дороги частота вращения равна нулю (дифференциал отключен). При таком движении

. (7)

Пусть теперь автомобиль поворачивает, например, налево, не изменяя скорости движения ( ). Установим соотношения между кинематическими величинами звеньев дифференциала.

При повороте автомобиля сателлиты начинают вращаться с частотой . При левом повороте вращение левой полуоси замедляется, а правой - возрастает. Замедление и ускорение вращения полуосей зависят от чисел зубьев сателлитов и полуосевых шестерен.

Чем быстрее вращается сателлит (чем больше ), тем в большей мере ускоряется правая полуосевая шестерня и соответственно замедляется левая. Кроме того, на ускорение и замедление вращения полуосей влияют радиальные размеры полуосевой шестерни и сателлита.

Передаточное отношение между полуосевой шестерней и сателлитом:

- через частоту вращения:

- через число зубьев:

Сопоставляя правые части, находим:

(8)

При повороте автомобиля, когда включается в работу дифференциал, приращение частоты вращения полуосевых шестерен будет равно:

(9)

Для правой полуоси (поворот налево) это приращение будет со знаком (+), для левой - со знаком (-).

Тогда частота вращения полуосей (с учетом вращения (9)):

(10)

При этом сумма частот вращения полуосей остается постоянной и равной (6).

При одной неподвижной полуоси, например, левой, правая полуось вращается с частотой

, (11)

при из формулы (6):

. (12)

Знак (-), как уже было отмечено, означает, что если одна из полуосей вращается в одну сторону, то другая полуось вращается в сторону, ей противоположную. При этом частота вращения полуосей одинакова.

Если теперь при поднятых ведущих колесах автомобиля остановить коронную шестерню (положить ), то становится справедливым условие (12). Используя это условие, из зависимостей (10) найдем соотношение для определения частоты вращения сателлитов. Подставим в формулу (10) значения приращений (формула (9)). Вычитая второе соотношение из первого, получим

Отсюда находим частоту вращения сателлита:

. (13)

Напомним, что дифференциал начинает работать только на поворотах и при движении автомобиля по неровной или скользкой дороге.

Отметим также, что частота вращения ведущего колеса автомобиля равна частоте вращения соответствующей полуоси (полуосевой шестерни).

Скорость поступательного движения автомобиля определяется через окружную скорость на ободе ведущего колеса.

Скорость на ободе:

, (14)

где - радиус обода.

Поступательная скорость:

. (15)

 

СИЛОВОЙ АНАЛИЗ

 

Дифференциал, кроме обеспечения кинематической связи между коронной шестерней, сателлитами и полуосями, распределяет крутящий момент, получаемый от хвостовика, поровну между полуосями, если не учитывать трение между звеньями дифференциала.

Крутящий момент на валу коронной шестерни обозначим , а соответствующие моменты на полуосях и . При одинаковой частоте вращения полуосей и без учета потерь на трение в дифференциале можно записать

. (16)

Когда дифференциал вступает в работу и возникает трение между его звеньями, то баланс мощностей может быть представлен в виде соотношения:

, (17)

где , - мощность на полуосях соответственно левой и правой;

- мощность, подводимая к дифференциалу (на валу коронной шестерни);

- мощность, теряемая на трение в дифференциале.

Мощность трения можно выразить через момент трения . В лошадиных силах с учетом формулы (9)

(18)

Подставим в формулу (16) значения мощностей в выражении через крутящие моменты:

. (19)

Так как (формула (2)), и

(формула (15)),

то выражение (18) с учетом значений и принимает вид:

После преобразований

Сократив на , получим значение крутящего момента на левой полуоси:

. (20)

Аналогичное преобразование дает значение крутящего момента на правой полуоси:

. (21)

Соотношения (20) и (21) позволяют определить значения крутящих моментов на полуосях при работе дифференциала. Из этих соотношений следует, что момент трения в дифференциале перераспределяет нагрузку между полуосями, нагружая одну из них и разгружая другую.

В конических зубчатых дифференциалах момент трения

(22)

 

ОПИСАНИЕ И РАБОТА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

 

Рис. 3. Кинематическая схема лабораторной установки:

---

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 300; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!