Кинематическая схема автоматической планетарной коробки передач для переднеприводных автомобилей

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Г. О. Котиев — д-р. техн наук, М. В. Нагайцев* - канд. техн наук,
С. А. Харитонов — канд. техн наук
КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПЛАНЕТАРНОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ ДЛЯ ПЕРЕДНЕПРИВОДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана- ОАО «АВТОВАЗ"*
(e-mail: kotievgo@yandex. ru, m. nag@vaz. ru, hsa@katem. ru)
В статье представлены результаты синтеза кинематической схемы семискоростной планетарной коробки передач. Для синтеза был использован метод, разработанный в МГТУ им. Н. Э. Баумана, основанный на свойствах плана угловых скоростей трехстепенных планетарных механизмов. Полученная схема была использована при проектировании автоматической коробки передач конструкторским бюро ЗАО КАТЕ.
Ключевые слова: автомобиль, автоматическая трансмиссия, планетарная коробка передач, кинематическая схема, план угловых скоростей, передаточное отношение.
In article results of synthesis of the kinematic scheme of seven-speed planetary transmission are presented. For synthesis the method developed in the Bauman Moscow State Technical University, based on properties of the plan of angular speeds of three-speed planetary mechanisms has been used. The received scheme has been used at designing of an automatic transmission of design office of Joint-Stock Company to KATE.
Keywords: vehicle, an automatic transmission, planetary gear box, the kinematic scheme, plan of angular speeds, transmission ratio
Для синтеза кинематической планетарной коробки передач трансмиссии БТ703 был использован метод, разработанный в МГТУ им. Н. Э. Баумана, в основе которого использованы свойства плана относительных угловых скоростей звеньев планетарного механизма, обладающего тремя степенями свободы.
На первом этапе строится основа плана угловых скоростей [Красненькое, В. И. Проектирование планетарных механизмов транспортных машин / В. И. Красненьков, А. Д. Вашец. -М.: Машиностроение, 1986. — 273 с.]. Для обеспечения должного количества планетарных рядов и блокировочных муфт необходимо введение дополнительных, так называемых вспомогательных звеньев. Их введение отражается на основе плана угловых скоростей появлением дополнительных нулевых прямых.
Можно построить основы планов угловых скоростей, которые отвечали бы техническому заданию как по количеству передач, так и по значению передаточных отношений, и имели
бы определенное количество планетарных рядов и блокировочных муфт. Кроме того, при построении основы плана угловых скоростей необходимо расположить рабочие точки так, чтобы переключения передач происходили без разрыва потока мощности между двигателем и ведущими колесами.
В результате большого объема проведенных исследовательских работ были получены девять основ планов угловых скоростей, позволяющие синтезировать кинематическую схему планетарной коробки с тремя планетарными рядами (с количеством передач переднего хода от пяти до семи) и отвечающие указанным выше требованиям.
Для синтеза кинематической схемы коробки передач трансмиссии БТ703 была выбрана основа плана угловых скоростей, представленная на рис. 1, которая состоит из нулевых прямых звеньев, оборудованных тормозами (2, 3 и 4), нулевой прямой ведомого звена Х и двух нулевых прямых условных звеньев блокировочных муфт (7 и 8).
4
Рис. 1
Анализ основы плана показывает, что из звеньев 3, 4 и Х может быть образован планетарный ряд, поскольку нулевые прямые этих трех звеньев пересекаются в одной точке. Помимо этого, параллельность прямых 2 и 3 позволяет организовать из звеньев 2, 3 и ведущего звена 1 еще один планетарный ряд. Кроме того, эта основа плана определяет блокировочную муфту, которая должна быть установлена между ведущим звеном 1 и звеном 4 (поскольку прямые 4 и 8 параллельны).
Данная основа плана угловых скоростей позволяет синтезировать кинематическую схему планетарной коробки передач (ПКП) с семью передачами переднего хода (рис. 1). Из этих семи передач четыре реализуют понижающие передачи, одна прямую передачу и две повышающие передачи.
Однако, нет ни одной рабочей точки, находящейся в полуплоскости отрицательных значений угловой скорости ведомого звена. Другими словами в ПКП будет отсутствовать передача заднего хода. Это обстоятельство необходимо будет учесть при переходе от основы плана угловых скоростей к самому плану.
Для перехода от основы к плану относительных угловых скоростей необходимо введение дополнительного (вспомогательного) звена, с помощью которого следует образовать необходимое количество трехзвенных механизмов (планетарных рядов и блокировочных муфт). Чаще всего вспомогательное звено не оборудуется тормозным элементом управления, но в некоторых случаях, когда это необходимо, оборудование его тормозом позволяет получить одну или несколько дополнительных передач.
На основании известной формулы Чебышева К = п _ ш
-*'--пр '- *зв гг 5
где Кпр — количество планетарных механизмов- пзв = пос+ пвс + 2 — количество звеньев, входя-
щих в состав коробки передач- пос — количество звеньев, оборудованных тормозом- пвс — количество вспомогательных звеньев- 2 — учитывает наличие в составе коробки передач ведущего (1) и ведомого (Х) звеньев- Ш — число степеней свободы коробки передач, имеем, что количество планетарных рядов, из которых должна состоять кинематическая схема
Кпр = 3 + 0 + 2 — 3 = 2.
Таким образом, количество планетарных рядов соответствует требуемому количеству, но не хватает одной блокировочной муфты с условным звеном 7, которую и следует получить путем введения в состав планетарной коробки передач вспомогательного звена.
При введении нулевой прямой вспомогательного звена следует иметь ввиду, что на рассматриваемой основе плана относительных угловых скоростей отсутствует рабочая точка, обеспечивающая передачу заднего хода, которую следует получить при введении нулевой прямой вспомогательного звена.
Кроме того, введение в состав планетарной коробки передач дополнительного звена приводит в соответствии с формулой Чебышева к увеличению количества планетарных рядов с двух до трех. Поэтому при проведении нулевой прямой вспомогательного звена следует решить три задачи:
• получить блокировочную муфту с условным звеном 7-
• получить еще один планетарный ряд-
• обеспечить рабочую точку для обеспечения передачи заднего хода.
Рассмотрим все возможные варианты введения в состав кинематической схемы вспомогательного звена, удовлетворяющего сформированным выше требованиям. Как оказалось, таких вариантов нашлось только два.
8
ал
ЗХ!
Рис. 2
На рис. 2 показан план угловых скоростей, полученный из основы (рис. 1) путем проведения нулевой прямой вспомогательного звена аг через точку пересечения нулевых прямых 7 и Х параллельно нулевым прямым 4 и 8.
В этом случае с помощью вспомогательного звена можно образовать планетарный ряд, состоящий из ведущего звена 1 и звеньев 4 и аь, а пересекающиеся в одной точке нулевые прямые звеньев аь 7, и Х позволяют организовать блокировочную муфту, которая должна быть установлена между вспомогательным звеном аг и ведомым звеном Х.
Кроме того, если оборудовать вспомогательное звено тормозом, то можно получить две рабочие точки (ЗХ1 и ЗХ2), обеспечивающие передачи заднего хода.
Наличие параллельности трех прямых (4, 8 и а1), одна из которых проходит через масштабную точку е позволяет образовать три блокировочные муфты, которые можно установить
1) между ведущим звеном 1 и звеном 4-
2) между ведущим звеном 2 и вспомогательным звеном а-
3) между звеном 4 и вспомогательным звеном а.
Причем в состав кинематической схемы можно взять только одну любую из этих трех блокировочных муфт. При этом кинематические свойства коробки передач будут неизменны.
Из теории синтеза планетарных механизмов известно, что, если три звена образуют некий планетарный ряд, то из этих трех звеньев можно построить три равнозначных планетарных ряда, принимая за водило по очереди каждое из этих трех звеньев. При этом, как известно, два механизма будут иметь положительное внутреннее передаточное отношение /св, определяемое при остановленном водиле, и один — отрицательное.
В результате было получено 26 вариантов сочетания планетарных рядов и для каждого из этих сочетаний имеется еще три варианта установки блокировочных муфт.
Недостатком полученного с помощью введения нулевой прямой вспомогательного звена, а плана угловых скоростей является слишком малое значение передаточного отношения даже на первой передаче заднего хода (на плане рабочая точка ЗХ1), которое, как видно из рис. 2, соответствует примерно третьей передаче переднего хода. Поэтому от этого способа введения нулевой прямой вспомогательного звена пришлось отказаться.
Во втором варианте нулевую прямую вспомогательного звена а2 можно провести через точку пересечения нулевых прямых 3 и Х параллельно прямой 7 (рис. 3).
2 3
8^^

4.
X

ЗХ
Рис. 3
В этом случае параллельность нулевых прямых 7 и а2 позволяет образовать блокировочную муфту, установленную между ведущим звеном 1 и вспомогательным звеном а2.
Оборудование вспомогательного звена а2 тормозом позволяет получить рабочею точку (ЗХ), обеспечивающую передачу заднего хода (рис. 3).
Кроме того, при подобном способе введения нулевой прямой вспомогательного звена образовалась сложная точка, в котор-ой пересекаются нулевые прямые четырех звеньев (3, 4, Х и а2). Из этих четырех звеньев возможно образовать четыре сочетания по три: 34Х, 34а2, 3Ха2 и 4Ха2. Другими словами из этих четырех звеньев возможно получить четыре планетарных ряда. Причем, в составе кинематической схемы можно использовать только любые два. В результате из этих четырех планетарных рядов можно получить шесть вариантов сочетаний планетарных рядов по два: 34Х и 34а2- 34Х и 3Ха2- 34Х, и 4Ха2- 34а2 и 3Ха2- 34а2 и 4Ха2- 3Ха2 и 4Ха2.
Добавляя к каждому из шести полученных сочетаний планетарный ряд, составленный из звеньев 1, 2 и 3 и две блокировочные муфты, получим варианты построения кинематических схем. Принимая во внимание, что из трех звеньев можно составить, назначая по очереди в качестве водила каждое звено, три адекватных планетарных механизма, то получим 162 варианта возможных построений кинематических схем проектируемой коробки передач.
В случае использования в составе коробки передач планетарных рядов только второго
класса с одновенцовыми сателлитами, поскольку эти планетарные ряды просты в сборке и обладают высоким значением КПД, то наиболее рациональной схемой, составленной из указанных выше механизмов, может быть схема, представленная на рис. 4.
Рис. 4
Исследования этой кинематической схемы на патентную чистоту, показали, что данная схема была уже запатентована, поэтому ее дальнейшее использование представлялось не целесообразным. Для сохранения кинематических свойств проектируемой ПКП и обеспечения ее патентной частоты было снято допущение об использовании планетарных рядов только второго класса с одновенцовыми сателлитами.
Рис. 5
Это позволило значительно расширить спектр синтезируемых кинематических схем. В результате была выбрана кинематическая схема, представленная на рис. 5.
В этой схеме использовано два планетарных ряда второго класса с одновенцовыми сателлитами (ПР1 и ПР2) и один планетарный ряд первого класса со сцепленными сателлитами (ПР3).
Следует отметить, что в данной кинематической схеме удачно расположены блокировочные муфты. Их расположение с краю от планетарного механизма позволило в дальнейшем при проектировании коробки передач значительно упростить задачу подвода управляющего давления в бустеры этих муфт.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой