Два частных случая решения основной задачи синтеза 3-степенных коробок передач

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Два частных случая решения основной задачи синтеза 3-степенных коробок передач

В.Б. Шеломов

Большинство планетарных коробок передач, которые предлагают для применения в транспортных машинах фирм ZF и Detroit Diesel-Allison, имеют единую 3-степенную структуру (рис. 1) и отличаются лишь исполнением 2-степенного блока “2-КП” этой структуры. Дифференциальный механизм “2-КП” содержит n + 2 звена, включая ведомое звено X и звено Y, посредством управляемой муфты C? взаимодействующее с ведущим звеном O. Остальные звенья связаны с тормозами, включением которых (при включённой муфте C`) реализуется n режимов работы с передаточными отношениями I ^'_k , I ^'_k ? 1, k = 1,2,…n. Передаточное отношение режима работы понимается как передаточное отношение ведущего звена к ведомому или, при включённой муфте C?, звена Y к ведомому звену.

Ранее были рассмотрены [1] причины предпочтительного применения данной структуры и приведены формулы определения передаточных отношений режимов работы I ^"_k , k = 1,2,…n, реализуемых включением тех же n тормозов, но при включенной управляемой муфте С^":

I^'_k - I^'_j

I^"_k = ------- , k = 1,...n,

1 - I ^'_j (1)

и, в случае торможения звена Y при включённой муфте C ^", когда I ^'_k=0:

- I^'_j

I^"_Y = ------.

1 - I^'_j (2)

Муфта C^" по выбору конструктора устанавливается так, что блокирует ведущее звено с любым из звеньев j, j=1,…n, 2-степенного блока. Половину передаточных отношений режимов работы конструктор задаёт по своему усмотрению (это режимы работы при включённой муфте C?), а вторую половину передаточных отношений определяет (1), (2) и проводит оценку пригодности этих режимов.

Рис. 1. Структура 3-степенных коробок передач с двумя управляемыми муфтами на ведущем звене

Таким образом, синтез (в части реализации передаточных отношений режимов работы) 3-степенной коробки передач сводится к синтезу передаточных отношений её 2-степенного блока.

Несколько реже находят практическое применение 3-степенные планетарные коробки передач, структура которых (рис. 2) состоит из 2-степенного блока, звенья которого посредством двух управляемых муфт взаимодействуют с ведомым звеном. И для этих коробок передач существует решение задачи синтеза передаточных отношений режимов работы, которое сводится к синтезу её 2-степенного блока. Приведём здесь решение этой задачи и проиллюстрируем её примером.

Пусть передаточные отношения ведущего звена O к звену Y при включении тормозов, связывающих с корпусом звенья 1,2,…k,…n, заданы конструктором I^'_k , I^'_k ? 1, k=1,2,…n. Эти же передаточные отношения, но к ведомому звену X, реализует 3-степенная коробка передач при включении управляемой муфты C?. Требуется определить передаточные отношения режимов работы I^"_k , k = 1,2,…n, k ? j, которые реализуются в 3-степенной коробке передач теми же тормозами, но при включённой управляемой муфте C^". Среди искомых режимов работы для транспортных целей не применим режим I^"_j = ?, зато появляется режим прямой передачи, реализуемый включением двух муфт. Таким образом, по сравнению с 2-степенным блоком число режимов работы в 3-степеной коробке передач удваивается.

Рис. 2. Структура 3-степенных коробок передач с двумя управляемыми муфтами на ведом звене

2-степенной блок устанавливает линейную связь между скоростями вращения любых трёх звеньев, в том числе Y, O, k:

w_Y = A w_O + B w_k.

Здесь неизвестные коэффициенты А, В определяются конструкцией 2-КП.

Как дифференциальный механизм, 2-КП допускает равенство скоростей вращения всех звеньев, поэтому

1= А + В.

Передаточное отношение k-го режима работы I^'_k=w_O/w_Y, исходя из условия торможения w_k = 0 звена k, определяет коэффициент

А = I^'_k ^-1,

и, с учётом предыдущего равенства, коэффициент

B = (I ^'_k - 1)/I^'_k .

Полученные выражения коэффициентов приводят уравнение скоростей вращения трёх звеньев к виду

w_O= I^'_k w_Y + (I^'_k -1) w--_k, k=1,…n.

В случае k = j уравнение скоростей вращения трёх звеньев имеет вид

w_O= I^'_j w_Y + (I^'_j - 1) w--_j.

В силу равенства левых частей приравняем правые части последних уравнений:

I^'_k w_Y + (I^'_k - 1) w--_k = I^'_j w_Y + (I^'_j - 1) w--_j, k=1,…n.

Рассмотрим режим работы 3-степенной коробки передач, задаваемый включением тормоза k, k = 1,…n, и муфты C^". Включение данных тормоза и муфты задают два равенства: w_Y=w_O/I^'_k и w_j=w_X. Теперь возможно записать выражение передаточных отношений I^"_k =w_O/w_X, реализуемых коробкой передач при включённой муфте C^":

(1 - I^'_j)

I ^"_k = ------- I^'_k, k =1,…n. (3)

I^'_k - I^'_j

Тормоз, блокирующий с корпусом звено Y, даёт «бесплатный» режим работы включением совместно с муфтой C^" в том смысле, что не требует соответствующего увеличения числа механизмов 2-степенного блока. Включением этого тормоза совместно с муфтой C^' реализуется передаточное отношение I^'_k = ?, k = Y, что придаёт выражению (3) вид

I^"_Y = (1- I ^'_j). (4)

Следует заметить, что постановка тормоза для блокировки звена Y часто затруднена по компоновочным соображениям. Для его постановки требуется либо иметь звено Y водилом в планетарном механизме 2-степенного блока, либо пожертвовать соосностью ведущего и ведомого звена.

Посмотрим, как могли бы рассуждать авторы планетарной коробки передач гидромеханической трансмиссии танка М-26 «Першинг» при её синтезе.

Предполагается, что полученная в результате синтеза кинематическая схема будет иметь структуру, представленную на рис. 2. В коробке передач гидромеханической трансмиссии требуется реализовать четыре режима работы, из которых один - передача заднего хода. При четырёх режимах работы в 2-степенном блоке требуется реализовать всего два режима. Включением двух муфт обеспечивается режим прямой передачи. Пусть это будет первая передача переднего хода, а задаваемые режимы работы - I ^'₁=0,428 и I ^'₂=0,244 - режимы второй и третьей передач. Постановкой муфты C ^" ожидается реализация режима прямой передачи (режим работы уже учтён) и ещё одного режима работы, который должен обеспечить недостающую передачу заднего хода.

В муфте C^" ведомое звено может взаимодействовать как со звеном 1, так и со звеном 2. Вначале рассмотрим первый вариант I^'_j = 0,428. Определяется (3) передаточное отношение режима

(1 - 0,428)

I^"₂= ------------ 0,244 = - 0,758.

(0,244 - 0,428)

Полученная величина отрицательна, по абсолютной величине находится между передаточными отношениями первой и второй передач. В условиях гидромеханической трансмиссии режим с таким передаточным отношением вполне пригоден для использования его в качестве единственной передачи заднего хода.

Посмотрим, какой режим работы будет реализован постановкой муфты C^" на звено 2. В этом случае I^'_j = 0,244. Определяется (3) передаточное отношение режима

(1 - 0,244)

I^"₁= ------------ 0,428 = 1,758.

(0,428 - 0,244)

Рассмотренный вариант для реализации передачи заднего хода неприемлем. Окончательно, муфта C^" устанавливается для блокировки ведомого звена и звена 1.

Вариант постановки муфты C^" выбран. Наступает этап синтеза 2-степенного блока на два режима работы с передаточными отношениями I^'₁=0,428 и I^'₂=0,244 звена O к звену Y. Задача имеет несколько решений: 2-степенной блок состоит (рис. 3) либо из любой пары механизмов a…d, либо из одного механизма e или f.

Рис. 3. Механизмы 2-степенного блока 3-степенной коробки передач: a…d - трёхзвенные механизмы, e, f - четырёхзвенные механизмы.

Авторы трансмиссии танка М-26 предпочли (рис. 4) вариант с двумя одинаковыми по числу зубьев зубчатых венцов механизмами a и b. Указаны числа зубьев солнц и эпициклов двух планетарных механизмов 2-степенного блока.

Осталось определить (4) передаточное отношение пятого, «бесплатного» режима работы:

I^"_Y = 1 - 0,428; I^"_Y = 0,572.

Рис. 4. Кинематическая схема коробки передач танка М-26 «Першинг»

Поскольку звено Y не выполняет функцию водила ни в каком из планетарных механизмов, для выхода этого звена на корпус для блокировки тормозом потребовалось бы пожертвовать соосностью ведущего и ведомого звеньев. Но это является слишком большой конструктивной жертвой для использования не сильно необходимого режима работы I^"_Y = 0,572, расположенного между первой и второй передачей.

Описаны два частных случая взаимодействия ведущего или ведомого звена 3-степенной коробки передач с её 2-степенным блоком посредством двух управляемых муфт. В этих случаях удаётся решать задачу удовлетворения заданным передаточным отношениям для кинематической схемы 3-степенной коробки передач на уровне её 2-степенного блока.

Список литературы

степенной коробка передача

1. Шеломов В.Б., Бойков А.В., Кассихин А.С. Передаточные отношения 3-степенных автомобильных коробок передач // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - СПб: издание СПбГПУ; № 1 (31). - 2003.- С. 79-82.

Размещено на Allbest.ru