Назначение, классификация КПП. Определение основных параметров КП. Расчет зубчатых колес.

Коробка передач служит для изменения тягового усилия на колесах автомобиля: трансформации момента двигателя, скорости движения, получение заднего хода, отключение двигателя от трансмиссии на стоянках. Коробка передач представляет собой зубчатый механизм со ступенчато изменяемым передаточным числом. В автомобилях могут применяться коробки трех видов: основные, дополнительные и раздаточные. Коробки передач должны иметь достаточное число передач с правильно выбранными передаточными числами, высокий КПД, небольшие размеры и вес (массу). Они должны быть не сложными по конструкции, надежными и износостойкими в работе, простыми в управлении, удобными при обслуживании и ремонте. Расчет коробки передач производят в следующем порядке: задаются числом передач и выбирают схему коробки передач; распределяют общее передаточное число трансмиссии, определенное при тяговом расчете, между отдельными его механизмами; определяют передаточные числа коробки передач на различных передачах; устанавливают число зубьев шестерен, вычисляют их модуль и основные размеры; вычерчивают в масштабе компоновочную схему коробки передач; определяют силы, действующие на валы, и реакции опор; рассчитывают валы на прочность и жесткость; подбирают подшипники. При выбранной схеме коробки передач её основные размеры зависят от параметров шестерен, которые определяются расчетом на прочность и износ и уточняются при стендовых и дорожных испытаниях. Если вспомнить классификацию коробок, то по схеме силового потока (СП) они бывают: одноточечные; двухточечные; многоточечные. При этом, планетарные коробки могут быть с последовательным и с параллельным силовым потоком, простые – только с последовательным. Одноточечной называется коробка (простая или планетарная), которая в схеме силового потока описывается одной механической обобщенной узловой точкой (УТ) с двумя степенями свободы (в выключенном положении). Двухточечной называется коробка, описывающая силовыми потоками с двумя обобщенными узловыми точками. Многоточечная– несколькими узловыми точками. Простая одноточечная коробка. В простой коробке внутренние передаточные числа равны внешним, а последние определены в тяговом расчете. Таким образом, внутренние передаточные числа коробки являются известными. Тогда геометрические параметры коробки определяются следующим образом. Величину межцентрового расстояния валов А_w ориентировочно находят по эмпирическим формулам: для четырехступенчатых коробок передач грузовых автомобилей: А_w ≈ 40*(Мдmax)^1/3 мм; для коробок грузовых автомобилей с большим числом ступеней: А_w ≈ 83*(Мдmax)^1/3 мм; где: М_{д мах -} максимальный крутящий момент двигателя, кг∙м. Большие значения относятся к коробкам передач с большим входным крутящим моментом, а также к более нагруженным зубчатым колёсам (например, первой передачи). Обычно все зубчатые колеса имеют одинаковые модули. В некоторых коробках (''Кировец'') колёса низших передач имеют больший модуль на 0,25-0,5 мм. Для передач переднего хода рекомендуется принимать в одной паре зубчатых колёс сумму чисел зубьев Z₁ ≈ 58-78. Для ведущего зубчатого колеса пары первой передачи принимают число зубьев 12-17. Для основной коробки передач, входящей в состав многоступенчатой в варианте с дополнительным редуктором за основной коробкой передач, это число зубьев может быть значительно большим, например, в пределах до 30. Зная передаточные числа и сумму чисел зубьев в паре, определяют число зубьев всех зубчатых колес коробки передач. Число зубьев колёс определяется по известному передаточному числу на t –й передаче при одинаковых модулях: It=Z2*Z4/(Z1*Z3). Нечетные индексы (1, 3, …) принадлежат ведущим колесам, четные – ведомым. Здесь некоторым числом зубьев надо задаться. Зубчатое колесо первичного (ведущего) вала Z₁ обычно имеет 17-27 зубьев. Передаточное число между парой колес постоянного зацепления первичного и промежуточного валов составляет 1,6-2,5. Тогда определяется Z₂. Число зубьев колеса первой передачи промежуточного вала, например Z₃, выбирается минимальным и составляет 12-17 зубьев; тогда определяется Z₄ – число зубьев колеса первой передачи вторичного вала, которое обычно равно 40-65. Для одноточечных двухвальных коробок минимальным числом зубьев на ведущем валу на первой передаче задаются в пределах 12-17. Передаточное число пары зубчатых колес должно быть: на низшей передаче – не более 3,5-4,0, на высших передачах – 0,6-0,8. Далее определяется диаметр начальной окружности колес: Д_о = mZ и проверяется межцентровое расстояние: А_w = (Z1+Z2)*m/2. Исходный контур зубчатых колес выбирают по ГОСТ, согласно которому для цилиндрических зубчатых колес установлены следующие значения: угол профиля зуба α = 20^о высота зуба h = 1,0 радиальный зазор c = 0,25, радиус колеса r = 0,38 m_n причем, нормальный модуль m_n должен иметь одно из значений, предусмотренных ГОСТ. Для коробок передач грузовых автомобилей среднее значение применяемых углов наклона β ≈ 22 ± 5^о. Углы наклона зубьев желательно выбирать такими, чтобы осевые нагрузки на промежуточном валу уравновешивались. При этом направление линии зуба для всех шестерен промежуточного вала должно быть одинаковым. Направление линии зуба выбирают обычно левым для всех косозубых колес первичного и вторичного вала. В этом случае все косозубые зубчатые колеса промежуточного вала имеют правое направление линии зуба. Скользящие зубчатые колеса первой передачи и передачи заднего хода делают прямозубыми, хотя при этом промежуточный вал не разгружается от осевой силы. Такое решение допустимо, поскольку эти передачи включаются редко. При частом использовании первой передачи применяют зубчатые пары постоянного зацепления. Так же ведут расчет валов, подбор и расчет подшипников. Подшипники коробки передач подбираются по коэффициенту работоспособности. Расчет картеров коробок передач производят, учитывая, что они должны иметь высокую жесткость; в соответствии с характером распределения усилий картеры снабжаются ребрами жесткости. При конструировании картера должны быть обеспечены достаточные зазоры между внутренними поверхностями картера и шестернями, так как в противном случае возрастают потери на перебалтывание масла. Картеры коробок передач изготовляют из серого чугуна СЧ 15-32 СЧ 21-40 или ковкого чугуна КЧ 18-38. Применяют также картеры из алюминиевого или магниевого сплава. Для ползунков и вилок переключения применяют углеродистые стали 20, 35 45.