автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Обоснование кинематической схемы, параметров и режимов переключения коробки передач мотоблока с изменяемым межцентровым расстоянием

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ

КОРОБОК ПЕРЕДАЧ ПРИМЕНЯЕМЫХ НА СРЕДСТВАХ МАЛОЙ МЕХАНИЗАЦИИ (МОТОБЛОКАХ).

1.1. Классификация средств малой механизации, обзор кинематических схем трансмиссий мотоблоков.

1.2. Анализ режимов работы коробки передач мотоблока.

1.3. Обзор основных конструкций ступенчатых коробок передач..

1.3.1. Тип коробок передач со скользящими зубчатыми колесами.

1.3.2. Конструкции КП переключение передач, в которых осуществляется муфтами.

1.4. Место исследуемой конструкции в существующей классификации коробок передач.

1.5. Постановка задачи исследования.

2. КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА, ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ С ИЗМЕНЯЕМЫМ МЕЖЦЕНТРОВЫМ РАССТОЯНИЕМ.

2.1. Кинематическая схема коробки передач с переключением за счет изменения межосевого расстояния.

2.1.1. Кинематическая схема КП с углом развода паразитных шестерен без перекрытия передач при переключении.

2.1.2. Кинематическая схема КП с углом развода паразитных шестерен обеспечивающим переключение с перекрытием передач.

2.2. Изменение параметров зацепления в зависимости от положения оси паразитной шестерни.

2.2.1. Зависимость изменения межосевого расстояния переключаемых шестерен от положения водила.

2.2.2. Определения углов развода осей паразитных шестерен КП состоящей из нескольких силовых модулей.

2.3.Динамическая модель передачи.

2.3.1. Общий подход к составлению модели.

2.3.2. Динамические системы трансмиссии.

2.4. Математическая модель коробки передач из двух силовых модулей.

2.5. Совместная работа двух передач в режиме переключения.

2.5.1. Действующие моменты сил в КП многомодульной конструкции при переключении.

2.5.2. Определение величины момента силы трения при взаимодействии вершин включаемой пары шестерен в момент переключения передач.

2.5.3. Определение момента радиальной силы на водиле паразитных шестерен при переключении силовых модулей.

2.5.4. Определение относительной окружной скорости вершин зубьев включаемой пары шестерен силового модуля при переключении.

2.5.5. Определение величины моментов трения в двухступенчатом силовом модуле.

2.5.6. Определение времени переключения силовых модулей.

2.6. Область существования параметров кинематической схемы 2-х ступенчатого силового модуля.

2.6.1. Область существования геометрических параметров 2-х ступенчатого модуля обусловленная взаимной ориентацией зубьев включаемой пары шестерен для возможности входа их в зацепление.

2.6.2. Область существования параметров силового модуля определяемая соотношением действующих моментов сил, не приводящих к заклиниванию КП при переключении.

2.6.3. Область существования параметров многоступенчатой, модульной КП ограниченная величинами действующих в трансмиссии моментов приводящих к ее разрушению.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ СОСТОЯЩЕЙ ИЗ ДВУХ СИЛОВЫХ МОДУЛЕЙ.

3.1. Постановка задачи экспериментального исследования работы двухмодульной КП.

3.2. Общая программа экспериментальных исследований.

3.3. Конструкция действующего макета коробки передач.

3.3.1. Описание кинематической схемы экспериментальной коробки передач.

3.3.2. Устройство и принцип действия механизма переключения передач.

3.4. Методика, определения инерционных параметров динамической системы.

3.5. Описание экспериментального стенда, измерительного комплекса, тарировка аппаратуры и обработка результатов измерений.

3.6. Измерительная часть стенда.

3.7. Определение величины погрешности измерений.

3.8. Тарировка измерительного комплекса.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ, СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

РАСЧЕТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

В жилищно-коммунальном хозяйстве в настоящее время применяются малогабаритные тяговые и транспортные машинные агрегаты на базе передвижных средств малой механизации, основное назначение которых состоит в ликвидации ручного малопроизводительного труда в условиях, когда нет возможности использовать традиционную транспортную технику, либо это экономически или технологически нецелесообразно. Мотоблоки и мини - тракторы на сегодняшнем этапе развития общества переживают второе рождения. Развернуты широкие работы по созданию современных конструкций таких машин на многих отечественных машиностроительных предприятиях. Особое внимание уделяется разработке трансмиссии мотоблоков - характеристики, которой во многом определяют эксплуатационные параметры изделия и как следствие, конкурентоспособность продукции на рынке. Поскольку управляет мотоблоком один человек, не имеющий специальной квалификации, большое внимание при разработке современной конструкции мотоблока уделяется автоматизации процесса переключения передач. В то же время, ввиду ограниченности стоимости конструкции, предпочтение отдается обычным ступенчатым механическим коробкам передач (КП).

При решении задачи автоматизации процесса переключения ступенчатых механических трансмиссий, снижении времени переключения передач, основной упор в автомобиле- и тракторостроении делался на применение фрикционных элементов управляемых сложными гидравлическими системами, либо электроприводом, или в случае автоматизации переключения в КП с зубчатыми муфтами сервопривода. В подобных конструкциях обязательно наличие электронного процессора обрабатывающего информацию и управляющего процессом переключения. Эти конструкции слишком сложны и дороги чтобы использоваться при производстве серийных, недорогих машин. 8

В процессе разработки и создания перспективной трансмиссии современного мотоорудия была предложена оригинальная конструкция КП, позволяющая при сравнительно простой конструктивной схеме решать проблему автоматизации переключения. Переключение в данной конструкции осуществляется за счет изменения межосевого расстояния в переключаемой паре зубчатых колес и внутренних сил и моментов.

Подобная конструкция ранее в массовом машиностроении не применялась, нет методики расчета конструктивных параметров кинематической схемы. Выбор в качестве объекта применения новой коробки передач мотоблока продиктован тем, что в этом случае можно проводить исследование при относительно невысоких действующих мощностях и крутящих моментах, простой компоновке, малых габаритах, невысоких требованиях технологии и доступности изготовления, опытных образцов. В то же время основные полученные результаты могут быть перенесены на КП других машин по известным методам теории подобия и размерностей.

Теоретическим вопросам автоматизации процесса переключения механических ступенчатых КП посвящены работы Кнутова B.C., Овечкина А.И., Элизова А.Д., Лозина A.B., Семенова А.Г., Шехада Д.А., Барда Э.О.Х. и других авторов.

При решении задачи автоматизации процесса переключения механических, ступенчатых трансмиссий, снижении времени переключения передач до 0,2 - 0,3 с, основной упор делался на применение фрикционных элементов управляемых гидравликой либо электроприводом, или в случае автоматизации переключения в КП с зубчатыми муфтами сервопривода. В подобных конструкциях обязательно наличие электронного процессора обрабатывающего информацию с множества датчиков и управляющего процессом переключения /6, 31, 39/. Эти конструкции слишком сложны и 9 дороги чтобы использоваться при производстве серийных, недорогих мотоблоков.

В процессе разработки и создания перспективной трансмиссии современного мотоорудия была предложена оригинальная конструкция КП, позволяющая при сравнительно простой конструктивной схеме решать проблему автоматизации переключения. Подобная конструкция ранее в массовом машиностроении не применялась, нет методики расчета конструктивных параметров кинематической схемы. Переключение в данной конструкции осуществляется за счет изменения межосевого расстояния в переключаемой паре зубчатых колес. При данном способе переключения основной проблемой является возможность заклинивание коробки передач при переключении. Поэтому возникла необходимость в разработке методики выбора режимов переключения, при которых переключение передач происходит без блокировки КП.

Указанные вопросы имеют несомненную актуальность и в то же время не отражены в современной литературе по теории, конструированию и расчету трансмиссий транспортных средств.

СНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В представленной диссертационной работе рассмотрена возможность применения нового метода переключения передач в ступенчатой механической коробке передач посредством изменения межосевого расстояния в переключаемой паре зубчатых колес. Обоснована целесообразность установки данной КП на малогабаритное мотоорудие мотоблок. Произведены расчеты режимов переключения, предложены зависимости, определяющие основные параметры кинематической схемы. Основные выводы по результатам работы

1. Разработан новый способ переключения передач в механической ступенчатой КП за счет изменения межосевого расстояния в паре зубчатых колес, позволяющий производить переключения при вращающихся валах.

2. Установлено, что для практической реализации предложенного способа возможно два типа режимов переключения: с перекрытием силовых модулей или нейтралью.

3. Предложена кинематическая схема, реализующая предложенный способ путем установки на ведущий вал подвижного водила с разведенными осями паразитных шестерен сблокированных между собой силовых модулей.

4. Получены уравнения для определения основных, кинематических параметров КП различных типов переключения передач с перекрытием и без перекрытия силовых модулей, позволяющие выбирать передаточные отношения, углы развода осей паразитных шестерен модули зубчатого зацепления. Показано, что а) суммарный угол развода осей паразитных шестерен, обеспечивающий переключение с перекрытием, должен быть как можно большим, тем самым, обеспечивая наименьшее угловое перемещение

111 водила, при котором одновременно начинают работать два силовых модуля; б) при проектировании водила его геометрические размеры следует выбирать таким образом, чтобы момент инерции был наименьшим для снижения его влияние на динамику переключения; в) при выборе числа передач и передаточных чисел следует минимизировать интервал передаточных отношений КП для улучшения динамики процесса переключения.

5. Определены области существования параметров кинематической схемы многомодульной КП, определяемые соотношением действующих моментов в трансмиссии, а также взаимной ориентацией зубьев шестерен переключаемой пары. Показано, что для снижения ударных нагрузок в процессе переключения величина момента на водиле должна быть минимальной, но достаточной для полного включения передачи. Для обеспечения включения без блокировки приводной момент на ведущем вале должен превысить сумму сил сопротивления вращению в момент переключения.

6. Получены кинематические и силовые зависимости для обоих типов КП, позволяющие определить методику выбора режимов и требования к устройству стопорного механизма переключения.

7. В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что переключение с перекрытием происходит с меньшими силовыми динамическими нагрузками при переключении в КП.

8. Выполнено экспериментальное стендовое исследование для КП с двумя вариантами передаточных отношений. Показано, что расчеты по разработанным методикам с приемлемой точностью совпадают с экспериментальными результатами. Созданная конструкция КП показала работоспособность на режимах использования ее на мотоблоке. Проведенные испытания показали возможность переключения передач на ходу без остановки водила и без синхронизаторов.

112

9. Из анализа теоретических, силовых зависимостей и эксперимента на стенде установлена возможность автоматизации процесса переключения силовых модулей в КП с изменяемым межосевым расстоянием путем изменения подачи топлива и как следствие изменения величины и направления момента на водиле.

10. Предложенные кинематическая схема и методики выбора основных кинематических параметров приняты при проектировании двухступенчатой коробки передач для привода обкаточного стенда механизмов вращения подьемного крана КС - 45721 на ОАО "Челябинский механический завод"; при проектировании и расчете экспериментальной перспективной модели трансмиссии для мотоблока, на Режевском экспериментальном заводе; при разработке альтернативного варианта существующей конструкции раздаточной коробки автомобиля «Урал», производства ОАО «Автомобильный завод «Урал».

113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе разработки и создания перспективной трансмиссии современного мотоорудия (мотоблока) была предложена оригинальная конструкция КП, использующая новый способ переключения передач -изменением межосевого расстояния и обоснована целесообразность установки данной КП на мотоблок.

Исследуемая КП при сравнительно простой конструктивной схеме позволяет решать проблему автоматизации процесса переключения передач, при этом процесс переключения происходит практически без полного разрыва силового потока, за время менее 0,2 с.

Представленные методики расчета геометрических параметров исследуемой кинематической схемы коробки передач при использовании эвольвентного, прямозубого зубчатого зацепления без смещения, позволяют определять основные параметры кинематической схемы в зависимости от выбранного способа переключения.

Предложены зависимости определения силовых факторов в КП позволяющие подобрать режимы переключения, при которых исключается блокировка, а переключение происходит под действием суммарного момента на водиле, которое в данной конструкции КП является исполнительным звеном механизма переключения передач.

Определена область существования параметров выбранной для исследования кинематической схемы КП, показано, что возможно создание довольно большого количества сочетания передаточных отношений силовых модулей соседних ступеней для организации процесса переключения с перекрытием передач.

На основании выполненных экспериментальных исследований исследуемой КП на режимах близких к рабочим режимам мотоблока среднего класса, проверена адекватность разработанных расчетных методик и работоспособность данной конструкции.

110

1. Автомобильный справочник. Перевод с англ. Первое русское издание. -М: Издательство « За рулем», 1999. 896 с.

2. Айзерман М.А. Автоматика переключения передач // М.: Машгиз, 1948.- 140с.

3. Айрапетов Э.Л, Биргер И.А, Вейц В.Л. Вибрации в технике Том 3. Колебания машин и их элементов // М.: Машиностроение, 1979. - 545с.

4. Антонов A.C. Силовые передачи колесных и гусеничных машин // Теория и расчет. Л.: Машиностроение, 1975. 480 с.

5. Антонов A.C. Силовые передачи колесных и гусеничных машин. Теория и расчет. Л.: Машиностроение, 1995. 480 с.

6. Афанасьев Б.А. и др. Проектирование полноприводных колесных машин: в 2 т. Учеб. для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 1999. - С 35-60.

7. Бурков В.В, Зикунов Е.П. Мини-тракторы // Л.: Машиностроение, 1987 -272 с.

8. Высоцкий М.С и др. Грузовые автомобили. Проектирование и основы конструкции // М.: Машиностроение, 1995. 256 с.

9. Гавриленко В.А. Зубчатые передачи в машиностроении // М.: Машиностроение, 1962. 33 - 34 с.

10. Глухарев Е.Г., Зубарев Н.И. Зубчатые соединения: Справочник. -2-еизд.: Л.: Машиностроение, 1983. 270 с.

11. ЦНИИТЭИтракторсельхозмаш, 1978. Вып. №13.-41 с. \ШГеи-: Коробка передач: А. с 205797 СССР: Кл. Р 16 Н 1/20.

12. Крайнев А.Ф. Словарь справочник по механизмам // М.: хтвьнзи Машиностроение, 1981. 438 с.

13. Красньков В.И., Егоркин В.В. Синхронизаторы в ступенчатых ц трансмиссиях // М.: Машиностроение, 1967. 198 с.

14. Кусов Т.Т. Результаты создания и испытания средств малой механизации // Тракторы и сельхозмашины. 1983. - №2. - С. 20 - 24.

15. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин // 2-е изд. пер. и доп.- М.: Наука, 1990. 590 с. илл. Лурье А.И Аналитическая механика. -М.: ФИЗМАТГИЗ, 1961.- 824 с.1/0X1/0 и 1711116

16. Питерский В.М. Приусадебная техника: Обзор. М.: ВНИИ технической эстетики, 1976. 31 с.

17. Проектирование трансмиссий автомобилей: Справочник // Под общ. ред. А.И. Гришкевича. М.: Машиностроение, 1984. - 272 с.

18. Результаты испытаний мотоблоков М-5 и МТЗ-05 // И. П. Шподарепко, В.Г. Нейченко, А.И. Владимиров, Л.И. Курганский // Пробл. созд. повыш. техн. уровня и разв. произ-ва средств мал. мех-ции с. х. Работ. М.: ВИСХОМ, 1981. - С. 29 - 33.

19. Решетов Д.Н. Детали машин // М.: Машиностроение, 1989.- 450 с.

20. Сальникова A.C., Рославлев В.Г., Коберниченко В.П. Конструкции мотоблоков // М.: ЦНИИТЭИтракторсельхозмаш, 1984.-Сер. 1.-№ 4.28 с.

21. Семенов С. А. Многорукий мотоблок // Приусадебное хозяйство. 1985. -№2. С. 40-42; 1986.- № I. С. 40 -41.

22. Синхронизатор коробки передач: А. с 564473 СССР: Кл. F 16 Н 3/00.

23. Синхронизатор: А. с. 1090944 СССР: Кл. F 16 D 23/02.

24. Создание отечественного легкого мотоблока М-3 с двигателем малой мощности // В.Г. Рославлев, А.Д. Ямпольский, B.C. Валерштейн и др. ЦНИИТЭИтракторсельхозмаш, 1986. Сер. 1. Вып. 4. С 1.

25. Способ безударного переключения передач: Пат. 2038228 RU 6 В 60 R 41/06.

26. Справочник инженера-механика сельскохозяйственного производства // Учебное пособие. -М.: Информагротех, 1995.-С.161-167.

27. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. М.: Высшая школа, 1998.-415 с.

28. Теория механизмов и машин. К.В. Фролов, С.А. Попов, А.К. Мусатов и др. - М.: Высшая школа, 1974 - 495 с.

29. Терехов A.C., Шпитко Г.Н. Гидравлические потери в коробках передач со смазкой окунанием//Вестник машиностроения, 1975 №5. - С42 - 46.

30. Федченко С. Цаши помощники «Луч» и «Крот» // Наука и жизнь. 1986. №5.-С. 33, 111.118