2
POD.NAD-TS-3
Lekcja 20
Temat: Dobór przełożeń w układzie napędowym
Dobór przełożeń obejmuje:
1) dobór przełożenia całkowitego na biegu najszybszym i określenie przełożenia przekładni głównej,
2) dobór przełożenia na biegu najwolniejszym,
3) dobór przełożenia na biegu najszybszym.
Dobór przełożenia na biegu najszybszym i określenie przełożenia przekładni głównej
Dobór przełożenia na biegu najszybszym i określenie przełożenia przekładni głównej – wyznacza się na podstawie bilansu mocy, wychodząc z założenia, że przełożenie powinno być tak dobrane, by przy określonej charakterystyce silnika pojazd mógł osiągać największą prędkość maksymalną oraz miał odpowiednio duży zapas mocy na pokonywanie wzniesień i przyspieszanie.
Samochód osiąga prędkość , gdy moc oporów ruchu osiągnie wartość równą mocy dysponowanej na kołach samochodu , w obliczeniach tych , ponieważ i (ruch jednostajny po drodze poziomej).
Prędkość maksymalna
jest osiągana przy . Wówczas prędkość obrotowa kół wynosi
Zatem pojazdu jest równa
[km/h].
Stąd przełożenie najszybszego biegu
oznacza przełożenie układu napędowego niezbędne do osiągnięcia prędkości jazdy .
Prędkość maksymalną w pojeździe osiąga się zwykle na biegu bezpośrednim. Wówczas przełożenie w skrzyni biegów wynosi
Podstawiając do zależności otrzymano możliwość wyznaczenia przełożenia przekładni głównej, a mianowicie
Podobnie są prowadzone obliczenia, gdy w skrzyni biegów samochodu jest tak zwany nadbieg, którego przełożenie wynosi około 0,75 ¸ 0,85.
Korzystne jest posiadanie jak największego zapasu mocy w szerokim zakresie prędkości jazdy rysunek 19.1.
Ten zapas mocy jest niezbędny do sprawnego przyspieszania, pokonywania wzniesień, holowania przyczepy itp. Można go zwiększyć przez zwiększenie przełożenia w przekładni głównej o 5 ¸ 15%.
Wówczas
gdzie jest przełożeniem obliczonym ze wzoru z uwzględnieniem .
Sytuację taką zaznaczono linią przerywaną na rysunku 20.1. Zwiększając przełożenie przekładni głównej osiągnięto przesunięcie linii wykresu w stronę mniejszych wartości prędkości jazdy, od położenia zaznaczonego linią ciągłą do linii przerywanej i w rezultacie zwiększenie zapasu mocy z do , kosztem niewielkiego zmniejszenia prędkości maksymalnej pojazdu. Duży zapas mocy jest wymagany szczególnie w samochodach ciężarowych i terenowych.
Rys.20.1 Wpływ przełożenia przekładni głównej na właściwości pojazdu
Charakterystyczne wartości przełożenia przekładni głównej dla poszczególnych rodzajów samochodów wynoszą:
Ø samochody osobowe ,
Ø samochody ciężarowe ,
Ø samochody terenowe .
Dobór przełożenia na biegu najwolniejszym
Dobór przełożenia na biegu najwolniejszym – oblicza się biorąc pod uwagę możliwości ruchowe pojazdu w trudnych warunkach drogowych, mając na uwadze konieczność zapewnienia równowagi siły napędowej i siły oporów ruchu oraz przyczepności kół do nawierzchni drogi
, .
Siła przyczepności odnosi się do kół napędzanych.
Dla najtrudniejszych warunków drogowych, w których kierowca będzie posługiwał się przełożeniem pierwszego biegu w celu osiągnięcia największej wartości siły napędowej można napisać równanie
W tych warunkach jazdy pominięto opór powietrza i bezwładności, ponieważ samochód osiąga małe prędkości jazdy (.
Stąd
Wartość sumy , opisuje najtrudniejsze warunki drogowe ruchu pojazdu. Warunki te dobiera się dla samochodów osobowych w granicach 0,1 ¸ 0,3, a dla samochodów ciężarowych 0,3 ¸ 0,5.
Natomiast w pojazdach terenowych często decydującym kryterium jest pokonanie drogi o dużym kącie nachylenia .
Kąt nachylenia drogi ograniczony jest przyczepnością kół do nawierzchni drogi.
Dysponowana siła napędowa dla tych samochodów jest równa sile przyczepności, którą tu podano dla samochodu z wszystkimi kołami napędzanymi, np. 4x4.
Zatem z porównania , otrzymano
a stąd po podzieleniu przez cos
® .
Podstawiając obliczoną wartość do wzoru
można obliczyć biegu dla samochodów terenowych. Jednocześnie należy pamiętać, że podczas jazdy z należy unikać nadmiernego poślizgu kół napędowych, co wyraża następujące ograniczenie
Przykładowo, w samochodzie 4x2, przy napędzie kół i-tej osi jezdnej należy uwzględnić nacisk kół na drogę, obliczony np. z zależności gdzie jest współczynnikiem dociążenia i-tej osi kół pojazdu. Wówczas
Stąd wynika ważne ograniczenie
Potrzebną wartość współczynnika dociążenia i-tej osi oblicza się dla konkretnych warunków ruchu.
Przełożenie biegów pośrednich
Przełożenie biegów pośrednich – określa się na podstawie wyznaczonych poprzednio wartości przełożeń na biegu najszybszym i na biegu pierwszym. Korzystając ze wzoru
Można w układzie współrzędnych narysować dwie proste przechodzące przez początek układu współrzędnych oraz linie i , które ograniczają wykorzystywany zakres prędkości obrotowej silnika rysunek 20.2
Rys.20.2 Zależność między prędkością obrotową silnika a prędkością jazdy na poszczególnych biegach
Linia przerywana na rys.20.2 oznacza narastanie prędkości jazdy podczas ruszania pojazdu z miejsca na pierwszym biegu przy malejącym poślizgu sprzęgła.
Linia i ograniczają wykorzystywany zakres prędkości obrotowej silnika.
Wartościom i odpowiadają przybliżone wartości - prędkości obrotowej maksymalnego momentu i - prędkości obrotowej maksymalnej mocy (przyjmuje się przedział prędkości obrotowej nieco mniejszy niż ).
Rozpatrując zależności geometryczne na wykresie rys.19.2 można stwierdzić, że zachodzi proporcja
.
Przy założeniu, że , itd., zachodzi również proporcja
gdzie:
; ; itd.
to:
Wobec tego zależność można zapisać w postaci
Wartość tak zwany iloraz przełożeń jest stały dla danej skrzyni biegów, nazywany jest rozpiętością pomiędzy biegami.
Z zależności wynika że:
Taki dobór przełożeń (i1, i2, i3,…) tworzy szereg geometryczny i zapewnia rozpędzanie pojazdu w tym samym przedziale zmian prędkości obrotowych silnika n1 ¸ n2 na każdym biegu.
Wartości przełożeń rosną w postępie geometrycznym, którego iloraz wynosi
gdzie jest liczbą przełożeń, a - przełożeniem najszybszego biegu.
W samochodach terenowych, budowlanych, rolniczych, pojazdach wojskowych oraz maszynach roboczych ważnym kryterium doboru przełożenia pierwszego biegu może być minimalna prędkość jazdy. Wówczas przełożenie to dobierane jest tak, aby osiągnąć km/h przy .
Ponieważ to
Brana pod uwagę w powyższych równaniach prędkość obrotowa silnika powinna zapewnić płynną i równomierną jazdę pojazdu w trudnych warunkach jego eksploatacji.
W współczesnych konstrukcjach skrzyń biegów dokonuje się pewnej korekty przełożeń dobranych według szeregu geometrycznego. Jej celem jest taki układ przełożeń, w którym najmniejsze pole pracy traconej (moc tracona – moc zużyta na pokonanie oporów toczenia i powietrza) występuje na biegach średnich i najwyższych. Wówczas rozpiętości pomiędzy poszczególnymi przełożeniami skrzyni biegów tworzą podwójny szereg geometryczny z ilorazami odpowiednio i , które zastępują wcześniej wyznaczony iloraz przełożeń .
Przełożenie w podwójnym szeregu geometrycznym oblicza się w sposób następujący:
- przełożenie biegu najwyższego,
,
,…itd.
Wartości i są przyjmowane z zakresu , .
W aktualnych rozwiązaniach skrzyń biegów samochodów osobowych przełożenie biegu pierwszego niekiedy jest dodatkowo modyfikowane poprzez pomnożenie jego wartości przez współczynnik . W rezultacie wartość przełożenia biegu pierwszego na osi liczbowej jest nieco odsunięta od leżących blisko siebie przełożeń wyższych biegów, ale zapewnia możliwość osiągania dużych wartości siły napędowej.
kaka93pl