Розрахунки синхронізаторів

Найбільше поширення на сучасних транспортних засобах одержали інерційні конусні синхронізатори (рис. 16), які не допускають включення передачі до повного вирівнювання кутових швидкостей, що з'єднуються деталей, створюючи тим самим умови плавного й безшумного введення в зачеплення ведучих і ведених шестерень відповідних передач.

Рисунок 16 - Розрахункова схема інерційного конусного синхронізатора

На сучасних автомобілях прагнуть оснастити синхронізаторами всі передачі коробки, крім передачі заднього ходу автомобіля.

Ціль розрахунків синхронізатора - визначення кутів нахилу конусів і блокувальних поверхонь, що забезпечують дотримання умови невключення передачі до повного вирівнювання кутових швидкостей деталей, що з'єднуються, а також моменту тертя й часу синхронізації.

При розрахунках синхронізатора нехтують впливом опору масла на зниження частоти обертання зубчастих коліс, тому що воно при нормальному температурному режимі не виявляє істотного впливу на процес синхронізації. Передбачається також, що швидкість автомобіля за час синхронізації не змінюється.

Синхронізатори прийнято оцінювати по питомій роботі буксування.

Питому роботу буксування розраховують за формулою

де l_с - питома робота буксування, МДж/м;

L_c - робота буксування при вирівнюванні кутових швидкостей вала й установленого на ньому зубчастого колеса, Дж;

F_c - площа поверхні тертя синхронізатора, м².

Роботу буксування визначають за формулою

де J_пр - сумарний наведений момент інерції, кг∙ м;

_е - розрахункова кутова швидкість колінчатого вала двигуна при перемиканні передач, рад/с;

i_к - передаточне число передачі, що вимикається;

i_к+1 - передаточне число передачі, що включається.

При цьому необхідно враховувати, що в пятиступеневих коробках передач вантажних автомобілів синхронізовані вищі ступені, а перша передача й передача заднього ходу включаються зубчастою муфтою. У коробок передач легкових автомобілів синхронізовані всі ступені.

Для тривальної коробки передач сумарний приведений момент інерції можливо визначити в такий спосіб:

де J_сц - момент інерції веденого диска зчеплення, кг-м²;

J_вщ - момент інерції ведучого вала коробки передач, кг-м²;

- момент інерції ведучої шестерні привода проміжного вала, кг-м;

J_пром - момент інерції проміжного вала, кг-м²;

- момент інерції шестерень постійного зачеплення на проміжному валу, кг-м; - момент інерції зубчастого колеса на веденому валу коробки передач, кг-м.

Для двовальної коробки передач

де - сумарний момент інерції зубчастих коліс на ведучому валу, кг-м.

Момент інерції диска (шестерні, вала) щодо осі, що проходить через його центр і перпендикулярної площини його обертання, у загальному випадку можливо визначити за формулою

,

де J - момент інерції, кг-м;

M - маса диска, кг;

R - радіус диска, м.

Для знаходження моментів інерції валів необхідно визначити їхні розміри. Розміри валів коробки передач вибираються, виходячи з умови забезпечення достатньої їхньої жорсткості.

Діаметр ведучого вала коробки передач приблизно визначають за формулою

,

де d_вщ - діаметр ведучого вала, мм;

k - коефіцієнт, k = 4, 0...4, 6 [7].

З рекомендованого відношення діаметра ведучого вала до його довжини [4] можливо знайти довжину вала:

де l_вщ - довжина ведучого вала, м.

Діаметр веденого й проміжного валів у середній їх частині (вали ступеневі) визначають за формулою

де d_{вд(пром)} - діаметр веденого (проміжного) вала, м.

Відношення діаметрів валів до їхніх довжин для проміжного й веденого валів, відповідно [4]:

,

Довжину ведучого вала двовальної коробки передач приблизно розраховують за формулою

Розрахункова кутова швидкість колінчатого вала двигуна при перемиканні передач наведена в табл. 13 [7].

Таблиця 13 - Розрахункова кутова швидкість колінчатого вала двигуна при перемиканні передач, рад/с

* w_N, w_M - кутова швидкість колінчатого вала двигуна при максимальній потужності й максимальному крутному моменті відповідно, рад/с.

Площу поверхні тертя синхронізатора визначають за формулою

де r - середній радіус поверхні тертя конуса синхронізатора, м;

b_c - ширина кільця тертя по твірній конуса, м.

Середній радіус поверхні тертя розраховують за формулою

,

де М_Т - момент тертя на поверхні конуса, Н м;

- половина кута при вершині конуса, гради;

- коефіцієнт тертя;

S - осьова сила, Н.

Момент тертя на поверхні конуса розраховують за формулою

,

де t_c - час синхронізації, с.

Час синхронізації наведений у табл. 14 [7].

Таблиця 14 - Час синхронізації, с

Одним з найважливіших конструктивних параметрів синхронізатора є кут конусності поверхонь тертя. Нижча межа половини кута конусності для пари «сталь - бронза» - = 6...12° [6]. Через можливе заклинювання поверхонь тертя половина кута конусності повинна бути більшою кута тертя, який пов'язаний з коефіцієнтом тертя залежністю

де - кут тертя, град.

Коефіцієнт тертя для пари «сталь - бронза» - =0, 06…0, 1 [6].

Осьову силу визначають за формулою

де Р_важ - зусилля, що прикладається водієм до важеля коробки передач, Н;

і_важ - передаточне число важеля перемикання передач (відношення ходу рукоятки до ходу муфти).

Зусилля, що прикладається водієм до важеля коробки передач [7]:

- для легкових автомобілів і автобусів – Р_важ < 60 Н;

- для вантажних автомобілів - Р_важ < 100 Н.

Передаточне число важеля перемикання передач [7]:

- для легкових автомобілів - і_важ = 2...5;

- для вантажних автомобілів - і_важ = 7...13.

Ширину кільця тертя по твірній конуса визначають за формулою

,

де Р _N - припустимий тиск на поверхню конуса, Па.

Припустимий тиск - Р _N =1, 0…1, 5 МПа [7].

Припустима питома робота буксування [6]:

- для легкових автомобілів - [ l_с ]=0, 03…0, 1 МДж/м;

- для вантажних автомобілів - [ l_с ]=0, 05…0, 4 МДж/м. Нижні межі відповідають вищим ступеням коробки передач, верхні - нижчим.