Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.Т. Калашникова»

Кафедра «Тепловые двигатели и установки»

Лабораторная работа №3.

Коробка передач.

Проверил

Преподаватель ____________________ А.Н. Терентьев

Выполнил

Студент группы 4-56-1 _____________________ Ю.П. Байков

Ижевск 2012

Требования. Классификация. Применяемость.

К коробке передач предъявляются следующие требования: обеспечение оптимальных тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля при заданной внешней характеристике двигателя; бесшумность при работе и переключении передач; легкость управления; высокий КПД.

Классификация коробок передач приведена на схеме 2. На большинстве легковых и грузовых автомобилей устанавливают ступенчатые коробки передач.

Двухвальные коробки передач с числом передач 4...5 применяют для перед­неприводных автомобилей малого класса (ЗАЗ-1102, ВАЗ-2108, АЗЛК-2141) и заднеприводных - с задним расположением двигателя (ЗАЗ-968М). Высшая передача часто повышающая. Как правило, большинство передач синхронизи­ровано.

Трехвальные коробки передач используют для легковых автомобилей, выполненных по классической схеме, грузовых автомобилей малой и средней грузоподъемности и автобусов. В современных легковых автомобилях применяют коробки с числом передач (ступеней) не менее четырех. В эксплуатации пока имеются автомобили с трехступенчатыми коробками передач (ГАЗ-20, ГАЗ-21). В грузовых автомобилях малой грузоподъемности применяют четырехступенчатые коробки (автомобили УАЗ). В грузовых автомобилях средней грузоподъемности иногда применяются четырёхступенчатые коробки (ГАЗ-53), но в большинстве случаев - пяти-, шестиступенчатые коробки, синхронизированные на высших передачах.

Многовальные коробки передач используют на автомобилях большой грузоподъемностью для увеличения числа передач с целью улучшения тяговых и экономических свойств. В основе конструкции многовальных коробок передач лежит четырех-, пяти- или шестиступенчатая трехвальная коробка передач, в общем картере с которой размещен повышающий редуктор (делитель) или понижающий редуктор (демультипликатор), а иногда в одном картере с коробкой передач размещается и делитель, и демультипликатор. При применении многовальных коробок число передач может быть от 8 до 24. Многоступенчатые коробки передач чаще всего используют для автомобилей-тягачей, работающих с прицепным составом.

В большинстве конструкций ступенчатых коробок передач переключение передач выполняет водитель. В последнее время появляются конструкции сту­пенчатых коробок передач, где процесс переключения передач автоматизиро­ван на основе применения микропроцессорной техники.

Бесступенчатые передачи фрикционного типа (вариаторы с гибкой связью) получили некоторое распространение на автомобилях малого класса («Фиат УНО» и др.), а в настоящее время и на автомобилях среднего класса («Audi А6 multitronic»). Интенсификация разработки бесступенчатых передач этого типа ряда ведущих автомобильных фирм («Фольксваген», «Форд| и др.) позволяет ожидать, что применение таких передач уже в ближайшей годы расширится. В настоящее время появились автомобили с торовыми вариаторами («Nussan Gloria»).

Бесступенчатые передачи импульсного типа, предлагавшиеся в различных вариантах 20 - 30-х годах, не получили сколько-нибудь заметного применения. Из всех типов бесступенчатых передач широкое внедрение получили гидродинамические (гидротрансформаторы), которые применяются в сочетании с автоматически управляемой ступенчатой коробкой - гидромеханические передачи. Почти все зарубежные фирмы, выпускающие легковые автомобили, предлагают устанавливать на своих автомобилях гидромеханические передачи по требованию потребителя за отдельную плату. Продолжающиеся совершенствование гидромеханических передач в направлении повышения КПД и соответственно топливной экономичности автомобиля приведет к более широкому применению этих передач на авто­мобилях различного назначения. На отечественных автомобилях гидромеханические передачи устанавливаются на легковых автомобилях высшей; класса ГАЗ-14, ЗИЛ-4104, автобусах ЛиАЗ-677, автомобилях - самосвалах БелАЗ-548А и некоторых специальных автомобилях.

Гидрообъмные передачи на российских автомобилях не применяются (исключение- активизация колес одного из прицепов ЗИЛ). Достоинства гидрообъемной передачи (сравнительно высокий КПД, реверсивность, большой диапазон передач) позволяют предположить, что в перспективе, расшириться применение бесступенчатой передачи этого типа, если будут преодолены присущие ей недостатки - сложность, высокая стоимость.

Электромеханические передачи применяют в основном на автомобилях большой грузоподъемностью. В частности установлены на всех автомобилях «БелАЗ» грузоподъемностью 75 т и выше.

Анализ и оценка конструкции коробок передач.

Для анализа и оценки конструкции коробок передач служит ряд оценочных параметров, которые определяются требованиями, предъявляемыми коробкам передач различного типа.

Диапазон передаточных чисел.

Одним из важных оценочных параметров коробки передач является отношение передаточного числа низшей и высшей передач

Д =U_КПmax/U_KПmin

Это отношение называется диапазоном передаточных чисел или диапазоном коробки передач.

В легковых автомобилях и автобусах малой вместимости на их базе Д =3…4 и грузовых автомобилей в зависимости от грузоподъемности и назначения Д= 5...8. Такой же диапазон имеют автобусы средней и большой вмести­мости с механической коробкой передач; автомобили-тягачи и автомобили вы­сокой проходимости Д=9...13. В этих пределах находится диапазон передаточ­ных чисел коробки передач для автомобилей технологического назначения, у которых должна быть предусмотрена скорость порядка 2...3 км/ч. Устойчивое движение с такой скоростью может быть обеспечена только при большом зна­чении передаточного числа низшей передачи. Следует иметь в виду, что такая скорость может быть подучена также, если применяются раздаточные коробки с понижающей передачей.

Число передач и плотность ряда передаточных чисел.

Плотность ряда характеризуется отношением передаточных чисел соседних передач. Чем больше число передач, тем выше плотность ряда, тем в большей степени выполняется требование обеспечения высоких тяговых и экономиче­ских свойств автомобиля. В современных конструкция коробок передач пока­затель плотности ряда передач стремятся выполнять в пределах 1,1... 1,5, при­чем на высших, синхронизированных передачах показатель плотности должен . выть, возможно, ближе к нижнему значению.

Помимо повышения тяговых и экономических свойств, большая плотность ряда позволяет синхронизаторам работать в более благоприятных условиях, так как для выравнивания угловых скоростей соединяемых элементов, скорости которых мало различаются, требуется меньшая работа трения. Благодаря этому синхронизаторы могут выполняться меньших размеров при достаточной на­дежности.

Уровень шума, создаваемого при работе.

Этот параметр зависит от качества, точности изготовления и типа зубчатых нар, жесткости валов и картера коробки. Меньший уровень шума обеспечива­ют косозубые и шевронные зубчатые колеса (одновременно им присуща большая прочность).

При недостаточной жесткости валов нарушается зацепление, что сопровож­дается повышение уровня шума. Картер коробки передач не должен резониро­вать - резонансные составляющие значительно увеличивают уровень шума. Придать картеру достаточную жесткость можно путем создания рациональной формы и оребрения. Параметром оценки уровня шума коробки передач может служить ее КПД, так как шум всегда сопровождается потерей энергии.

Легкость управления.

Оценочными показателями являются как усилие на рычаге управления, так и сложность манипуляций, которая определяется степенью сложности самой конструкции коробки передач и ее привода (синхронизаторы, электрические и пневматические приводы, автоматизация управления ступенчатой коробкой передач, автоматические передачи).

Металлоемкость конструкции, трудоемкость изготовления и стоимость. Металлоемкость оценивают удельной массой коробки передач - отношени­ем ее массы к мощности двигателя.

Обычно удельная масса (в кг/кВт) коробки передач характеризуется приведенными ниже значениями.

Ступенчатые коробки передач автомобилей:

легковых.......................................................0,3... 0,5

грузовых.......................................................0,5...2,0

Гидромеханические коробки передач.......0,35.. .2,0

Электромеханические передачи.................5... 10

Ресурс.

Ниже приведены значения ресурса коробок передач (в тыс. км пробега до капитального ремонта) при эксплуатации на дорогах первой категории.

Легковые автомобили.................................125.. .250

Грузовые автомобили и автобусы.............250... 500

Для внедорожных автомобилей и автомобилей высокой проходимости устанавливается пониженный ресурс

Принцип работы автоматической коробки передач.

  Для понимания сути автоматической трансмиссии сравним её с простой механической трансмиссией. Рассмотрим вкратце главные компоненты автоматической трансмиссии и функции, которые они выполняют ( рис. 1) 

Рис.1. Главные компоненты автоматической трансмиссии: 1) Гидротрансформатор (ГТ) – соответствует сцеплению в механической трансмиссии , но не требует непосредственного управления со стороны водителя.  2) Планетарный ряд - соответствует блоку шестерен в механической коробке передач и служит для изменения передаточного отношения в автоматической трансмиссии при переключении передач.  3) Тормозная лента, передний фрикцион, задний фрикцион – компоненты, посредством которых осуществляется переключение передач.  4) Устройство управления – осуществляет контроль за переключением передач в трансмиссии со встроенной электронной системой управления. Автоматическая трансмиссия переключает передачи самостоятельно в зависимости от скорости автомобиля и обеспечивает водителю приятные и комфортные условия для вождения автомобиля. От водителя лишь требуется вручную выбрать направление движения машины: вперёд или назад.

1. Гидротрансформатор.

Общее устройство и принцип действия. Гидротрансформатор (ГТ) (или torque converter в зарубежных источниках) служит для передачи крутящего момента непосредственно от двигателя к элементам автоматической коробки передач (АКП) и состоит из следующих основных частей (рис.2):

Рис.2

- насосное колесо или насос (pump);

- плита блокировки ГТ (lock - up piston);

- турбинное колесо или турбина (turbine);

- статор (stator); - обгонная муфта (one - way clutch).

2. Планетарные ряды

1) Необходимость планетарных рядов.

Хотя ГТ и способен увеличивать крутящий момент, система планетарных рядов в АКП необходима по следующим причинам:

- при преодолении автомобилем подъёмов или во время его резкого разгона в трансмиссии необходимо создать крутящий момент больший, чем может создать один ГТ;

- автомобиль должен быть способен двигаться не только вперёд, но и назад.

2) Планетарные ряды.

В отличие от простой механической трансмиссии, в которой используются параллельные валы и сцепляющиеся между собой шестерни, в автоматических трансмиссиях в подавляющем большинстве используются планетарные передачи. Преимущества планетарной передачи заключаются в её компактности, использовании лишь одного центрального вала и в способе переключения передач, осуществляемом путём блокировки одних и разблокировании других элементов планетарного ряда. В автомобиле с простой механической трансмиссией водитель для переключения передач вынужден постоянно и последовательно выжимать педаль сцепления и отпускать педаль газа. Автоматическая трансмиссия автоматически переключает передачи в нужное время. Для этого водителю достаточно манипулировать лишь педалью газа, нажимая или отпуская её. Планетарная передача обеспечивает ровное, без рывков, переключение скоростей движения автомобиля без потерь мощности двигателя, толчков и ударов, обычно ассоциируемых с моментом переключения передачи в простой трансмиссии.

3) Структура и теория планетарного ряда.

Планетарный ряд (planetary gear, см. рис.3) состоит из следующих элементов:

- солнечной шестерни (sun gear);

- сателлитов (pinion gears);

- эпицикла (internal gear);

- водила (carrier).

Солнечная шестерня находится в центре. Сателлиты вращаются вокруг солнечной шестерни, в то время как она вращается вокруг своей собственной оси. Эпицикл охватывает сателлиты, которые поддерживают водило. Все сателлиты вращаются одновременно и в одном направлении.  Переключение скорости вращения в планетарном ряду происходит тогда, когда 2 из 3 - х элементов планетарного ряда (солнечная шестерня, эпицикл, водило) находятся в определённых условиях - блокированы или разблокированы в различной комбинации

рис.3

3. О тормозах и фрикционах.

Тормоз - это механизм, посредством которого осуществляется блокировка элементов планетарного ряда на неподвижный корпус АКП.  Фрикцион - это механизм, посредством которого подвижные элементы планетарного ряда блокируются между собой. 1) Тормозная лента (brake band).  Тормозная лента служит для временной блокировки элементов планетарного ряда на корпус АКП. Несмотря на свои небольшие размеры, лента обладает весьма сильной удерживающей способностью. Подобно тормозным башмакам, она использует для блокировки эффект самозажатия. Когда тормозная лента отпускается, толчок, возникающий при переключении передач, смягчается, поскольку элемент планетарного ряда, который удерживала лента, начинает вращаться в сторону, противоположную направлению приложения силы торможения ленты. Другими словами, когда лента отпускается, она стремится освободить себя быстрее.  Итак, перечислим основные достоинства тормозной ленты:  - несмотря на небольшой размер, она обладает большой удерживающей способностью;  - она подходит для блокировки вращающихся элементов планетарного ряда АКП на корпус АКП;  - она смягчает толчки и удары, возникающие при переключении передач.

 

2) Система фрикционов (clutch system).

Целесообразность использования фрикционных дисков в автоматических трансмиссиях обусловлена их следующими преимуществами:  - способность выдерживать большие нагрузки;  - значительная степень свободы при их подборе (количество дисков можно увеличивать или уменьшать;  - нет необходимости в регулировке пакета фрикционов из - за износа дисков;  - способность прочного сцепления ведущих (drive plate) и ведомых (driven plate) дисков в пакете при больших скоростях вращения элементов планетарного ряда;  - хотя пакет фрикционов подвергается значительным нагрузкам, он не воздействует с такими же нагрузками на корпус АКП (в отличие от тормозной ленты, где большие нагрузки концентрируются в месте его крепления к корпусу АКП).