Методы формирования рационального распределения мощности в трансмиссии легкового полноприводного автомобиля тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, кандидат технических наук Круташов, Анатолий Васильевич

• Круташов, Анатолий Васильевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Круташов, Анатолий Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1.ПРОБЛЕМЫ МЕЖОСЕВОГО И МЕЖКОЛЕСНОГОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ В ТРАНСМИССИИ АВТОМОБИЛЯ.

1.1 Анализ сложившихся научных подходов к распределению мощности по ведущим колесам.

1.2 Проблемы распределения мощности, актуальные для легкового полноприводного автомобиля универсального назначения.

1.3 Цели и задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ КОМПЛЕКСОМ ДИФФЕРЕНЦИАЛОВ, ВКЛЮЧАЮЩИМ КОНСТРУКЦИИ ПОВЫШЕННОГО ТРЕНИЯ.

2.1 Исследование распределения сил тяги в режимах движения по прямой с буксованием и движении по кривой. Метод первичной оценки распределения мощности.

2.2 Обеспечение возможности движения в ситуации вывешенного колеса.

2.3 Эффективность распределения мощности дифференциалом повышенного трения в сочетании сиспользованием притормаживания забегающего колеса.

2.4 Снижение энергетических потерь при сочетании дифференциала повышенного трения с использованием притормаживания забегающего колеса.

2.5 О влиянии дифференциала повышенного трения на стабилизацию прямолинейного движения.

3. ФОРМИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ДИФФЕРЕНЦИАЛОВ ЛЕГКОВОГО ПОЛНОПРИВОДНОГО АВТОМОБИЛЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

3.1 Специфика технических требований к комплексу дифференциалов.

3.2 Анализ новых типов дифференциалов с функцией блокирования на соответствие техническим требованиям.

3.3 Рекомендации по формированию комплекса дифференциалов легкового полноприводного автомобиля универсального назначения.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА БАЗОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗАЦЕПЛЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛА«КВАЙФ».

4.1 Разработка модели сборки шестерен дифференциала и определение условий собираемости.

4.2 Определение базовых параметров дифференциала.

5. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТА БЛОКИРОВКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛА «КВАЙФ».

5.1 Выбор нагрузочного режима и разработка расчетной схемы.

5.2 Расчет сил и крутящих моментов в звеньях дифференциала. Расчет коэффициента блокировки.

5.3 Проверочный расчет коэффициента блокировки дифференциала «КВАЙФ».

6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФ ФИЦИЕНТА БЛОКИРОВКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛА «КВАЙФ».

6.1 Объекты экспериментальных исследований.

6.2 Методика и условия проведения стендовых испытаний.

6.3 Результаты измерений и определение коэффициента блокировки.

6.4 Влияние конструкции 2-х вальной КП с проходным вторичным валом на конечное межосевое распределение мощности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы формирования рационального распределения мощности в трансмиссии легкового полноприводного автомобиля»

В развитии автомобилестроения отчетливо проявляется тенденция роста доли выпуска легковых автомобилей универсального по климатическим и дорожным условиям назначения — способных обеспечить безопасное движение с высокой скоростью на магистральных дорогах и, наряду с этим, возможность уверенного движения на заснеженных и обледенелых дорогах, возможность перемещения по неровному размокшему грунту.

Расширяется круг производителей, охватывая большинство ведущих фирм, включая такие ранее непрофильные для полного привода, как Porsche, BMW, Cadillac. Труднее назвать фирму, не имеющую в своей производственной программе автомобиль подобного типа или не заявившую о своих намерениях начать разработку и производство.

Можно считать, что сложился тип автомобилей, занимающий промежуточное положение между традиционными легковыми автомобилями и автомобилями повышенной проходимости. Фирма «Daimler - Benz», создавая автомобиль М — класса, представила его как автомобиль «для всех видов деятельности - AAV» (All Activity Vehicle). Получает распространение, для обозначения типа этих автомобилей, наименование «кроссовер» . Поскольку границы между типами не являются однозначными и постоянными, есть некоторая условность в этом делении, однако обязательным существенным признаком нового типа - кроссовера, является наличие полного привода колес - постоянного или подключаемого.

Распространение автомобилей универсального назначения вызвало повышенный интерес к «нестандартным» для автомобилей повышенной техническим решениям в распределении мощности. Наблюдается активное развитие не только конструкции трансмиссии, но и методов распределения мощности, что начинает оказывать влияние на общий технический уровень автомобилестроения.

Сложный и во многом противоречивый состав технических требований к конструкции полноприводных автомобилей универсального назначения за затрагивает, естественно, и такой узел трансмиссии, как дифференциал, технический уровень и возможности которого начинают существенно определять технический уровенень распределения мощности. Одним из новых явлений в развитии дифференциалов является формирование спектра новых конструкций в типаже дифференциалов повышенного трения - по принятой в российском автомобилестроении' терминологии, т.е. дифференциалов с функцией неполного блокирования. Важным является также обстоятельство, что отмечается последовательное, хотя и медленное, распространение автоматических дифференциалов с управляемым изменением коэффициента блокировки. Вместе с тем, имеющийся опыт эксплуатации полноприводных автомобилей, включая и продукцию ведущих зарубежных фирм, результаты испытаний и экспертные оценки свидетельствуют, что достигнутый технический уровень распределения мощности, определяющий характеристики проходимости и управляемости автомобиля, не обеспечивает достаточной их сбалансированности.

Имеющийся в отечественном автомобилестроении опыт разработки легковых полноприводных автомобилей универсального применения, ориентированных на использование новых решений в конструкции узлов распределения мощности, не получил достаточного развития. Существенным сдерживающим фактором для отечественного автобилестроения является то, что недостаточно изучено распределение мощности в характерных и специфических условиях движения полноприводного легкового автомобиля, имеющиеся рекомендации по формированию концепции распределения, выбору типов дифференциалов, коэффициентов блокировки недостаточны и, в ряде случаев, противоречивы. Отсутствуют инженерные методы расчета специфических зубчатых зацеплений, расчета коэффициента блокировки новых типов дифференциалов.

Актуальность научно — исследовательских работ в направлении изучения распределения мощности в полноприводном автомобиле, анализа развития важной составной части узлов распределения мощности — межколесных и межосевых дифференциалов, технических требований к ним, разработки инженерных методов расчета, обеспечивающих необходимый технический уровень на ранних стадиях проектирования автомобиля, становится, таким образом, очевидной.

Заключение диссертации по теме «Колесные и гусеничные машины», Круташов, Анатолий Васильевич

7. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Установлено, что комплекс дифференциалов повышенного трения, изменяя при движении в повороте соотношения тяговых сил по сторонам автомобиля и между ведущими осями, приводит к концентрации тяги на внутреннем заднем колесе и создает предпосылки к срыву колеса в буксование. При срыве в буксование начинается циклическое изменение распределения сил тяги по сторонам автомобиля и ведущим мостам, возникают предпосылки к колебаниям относительно вертикальной оси. Вероятность начала циклического процесса обусловлена значениями коэффициентов блокировки и критическим сочетанием реализуемой мощности двигателя, коэффициента сцепления, боковой силы.

2. Установлено, что сочетание межколесных дифференциалов повышенного трения при умеренном коэффициенте блокировки — в диапазоне 2.2,5, с использованием системы притормаживания буксующего колеса является эффективным средством повышения проходимости автомобиля при существенном снижении - в 2,5.3,3 раза, требуемого момента притормаживания буксующего колеса. Обеспечивается возможность движения в ситуации вывешенного колеса.

3. Сформулированы граничные условия для системы управления притормаживанием буксующего колеса, определяющие зону рационального использования метода - обеспечение необходимой силы тяги при минимальных энергетических затратах во фрикционных механизмах. Общие потери на трение в механизме тормоза и дифференциале могут быть снижены в 1,9.2,3 раза при значении^ в диапазоне 2.2,5.

4. Установлена целесообразность применения дифференциалов повышенного трения новых типов - с цилиндрическими косозубыми шестернями и сателлитами, центруемыми по наружной цилиндрической поверхности -Квайф, Торсен 2 . Возможность варьирования значения Кб достигается при сравнительной простоте конструкции.

5. Установлено, что в 2-х вальных КП с проходным вторичным валом трение в торцевом сопряжении полого вторичного вала и вала шестерни главной передачи оказывает влияние на конечное распределение крутящих моментов. Влияние трения не является симметричным. При отставании привода заднего моста влияние трения в сопряжении валов существенно — конечный коэффициент распределенияК*б превышает значения Кб межосевого дифференциала на 9. 11% (для КП 21416-1700010).

6. Разработан метод первичной оценки распределения мощности, позволяющий на ранней стадии проектирования комплекса дифференциалов сбалансировать распределение мощности по влиянию на проходимость и курсовую устойчивость автомобиля. Предложены оценочные параметры распределения, основные из которых - относительная суммарная сила тяги, коэффициент сосредоточения тяги на одном колесе.

7. Разработаны рекомендации по формированию комплекса дифференциалов двух уровней исполнения. Рекомендации включают диапазоны значений коэффициентов блокировки, оценочных параметров распределения, использование притормаживания колеса или применение межосевого дифференциала с управляемым изменением Кб.

8. Разработана графо-аналитическая модель сборки шестерен дифференциала типа Квайф и определены условия собираемости, выявлены параметрические ряды возможных сочетаний чисел зубьев для вариантов с различным числом (5 и 4) сателлитов в группе, определены значения суммарного сдвига исходного контура.

9. Разработан метод расчета коэффициента блокировки дифференциала Квайф, подтвержденный стендовыми испытаниями производственного образца. Определено влияние угла спирали зуба и угла зацепления на коэффициент блокировки.

Заключение.

Проведенные стендовые испытания показали, что величина коэффициента блокировки межосевого цилиндрического дифференциала 21416 -1729010 типа Квайф (с косозубыми шестернями, непрерывным расположением сателлитов при их центровке по наружным поверхностям) в диапазоне крутящих моментов на корпусе дифференциала 66,14 . 264,57 Нм составляет 2,97 . 3,97.

Увеличение коэффициента блокировки при росте крутящего момента на корпусе дифференциала свидетельствует о некотором изменении коэффициента трения в зависимости от нагрузки - на 33 % при увеличении крутящего момента в 4 раза.

Наибольшее практическое значение имеет диапазон нагрузки до максимального крутящего момента двигателя, но на 4-ой передаче (при 5-ти ступенчатой КП). Это относится как к оценке управляемости автомобиля, так и проходимости. (В условиях, когда требуются высокие характеристики проходимости, на низших передачах не используются высокие крутящие моменты).

В реальном для оценки Кй диапазоне крутящих моментов - до ~ 130 . 135 Нм на корпусе дифференциала, значение Кб составляет 2,97 . 3,44. Погрешность по отношению к расчетному значению Кб= 2,96, полученному по разработанному методу (глава 5), не превышает 16%.

6.4. Влияние конструкции 2-х вальной коробки передач с проходным вторичным валом на конечное межосевое распределение мощности.

Особенность конструкции 2-х вальной коробки передач с полым вторичным валом, позволяющая рационально использовать момент трения Мтв в торцевом сопряжении, передающем осевые силы со вторичного вала на вал ведущей шестерни главной передачи переднего моста, ставит задачу количественной оценки влияния этого трения на конечное распределение крутящих моментов. При этом количественная оценка должна быть установлена с учетом того, что отстающим может быть каждое из двух выходных звеньев дифференциала. (При рассмотренных ранее стендовых испытаниях отстающим звеном был привод задних колес).

Рассмотрим конечное распределение крутящих моментов для двух вариантов в зависимости от того, какой мост — задний или передний, является в исследуемой ситуации отстающим.

Вариант 1. Отстающее звено - вал привода заднего моста. Крутящий момент Mwl на выходном валу, соответствующем приводу задних колес, обусловлен суммарным моментом Md на корпусе дифференциала и включает влияние на него момента трения Мтв на стыке валов. Момент Mwl непосредственно измеряется «на выходе» при испытаниях на стенде (рис. 6.1).

Вал ведущей шестерни главной передачи переднего моста обгоняет вторичный вал КП и корпус дифференциала. Соответственно, с учетом трения на стыке валов, крутящий момент на валу ведущей шестерни, обозначим qtoMw*, и "конечный" коэффициент блокировки, обозначим его К*б определятся формулами:

М ' = М -М • К' = lylwh 1VJ-wh 1У1тв > JV6 Д^-. и А

Замеренные при испытаниях и расчитанные по приведенным формулам для варианта 1 значения крутящих моментов и конечного коэффициента блокировки, учитывающего и момент трения на стыке валов коробки передач, в дополнение к трению в дифференциале, представлены в таблице 6.4. В столбце конечного коэффициента блокировки К* представлено также его увеличение по отношению к Кб дифференциала (АКав %).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Круташов, Анатолий Васильевич, 2009 год

1. Андреев А.Ф. Дифференциалы колесных машин / А.Ф. Андреев, В.В. Ванцевич А.Х., Лефаров ; Под общ. ред. А.Х. Лефарова. М.: Машиностроение, 1987. — 176 е.: ил.

2. Яскевич 3. Ведущие мосты. М,: Машиностроение, 1985. - 600 е.,ил.

3. Раймпель Й. Шасси автомобиля. —М.: Машиностроение, 1983.- 356 е., ил.

4. Барыкин А.Ю. Автомобильные вязкостные муфты: Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности 150100(«Автомобиле- и тракторостроение»).Наб.Челны: Изд-во КамПИ, 1999. 118 с.:ил.,табл.

5. Шамов Ю.А. Исследование влияния межколесного самоблокирующегося дифференциала повышенного трения на интенсивность износа шин:Диссеретация на соискание ученой степени к.т.н. Москва, 1987.

6. Король В.Ф. Обоснование автоматической блокировки дифференциала и определение ее влияния на нагрузочный режим трактора: Диссертация наIсоискание ученой степени к.т.н. Москва, 1985.

7. Селифонов В.В., Серебряков В.В. Проходимость автомобиля: Учебное пособие по специальности 150100. Москва, 1998.

8. Селифонов В.В., Круташов А.В., Баулина Е.Е. Многоцелевые полноприводные АТС и дифференциал повышенного трения // Автомобильная промышленность, 2005. № 3.

9. Андреев А.Ф. Влияние блокировки дифференциала на устойчивость прямолинейного движения колесного трактора: «Автомобиле- и тракторостроение. Динамика движения автомобилей и тракторов». Минск, «Вы-шейшая школа», 1970, с. 9 — 19.

10. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин. 2 -е изд., перераб. идоп. -М.: Машиностроение, 1990. -352с. : ил.

11. Левин И.А. К вопрсу о циркуляции мощности в трансмиссии многоприводного автомобиля. // Труды МАМИ. -М. : МАМИ, 1954, № 1.

12. S. Goddard, P. Elwood. Scrub radius and SUV handling. Automotive Engineering internffional, Juli 1999.

13. Исаев А. Самоблокирующийся дифференциал Eaton Locker II Офф Po-уд ДРАЙВ. 2006, № 9 10.

14. H.J. Sauer. Der permanente Allradantrieb im PKW als Weiterentwicklung ein-achsgetribener Farzeugkonzepte. Automobil — Industrie, 1986 № 2.

15. Левин И.А. О рациональной степени блокировки дифференциалов многоприводного автомобиля./УАвтомобильная промышленность, 1968, №3.

16. Хилл П. Наука и искусство проектирования. Методы проектирования, научное обоснование решений/ Пер. с англ.- М.: Мир, 1973.

17. Некрасов В.И. Диагональный привод ведущих колес // Автомобильная промышленность. 1998, № 2.

18. Гзовский М. Тест Alfa Romeo Brera, Audi TT, BMW 335i // За рулем. 2007, №08.

19. Диваков А., Растегаев О. Формула для фермера // Авто Ревю. 2001, №7.

20. Воскресенский С., Карпенков А. Тест Subaru Justi, Suzuki Baleno, Mitsubishi Lancer// За рулем. 1999, №5.1. Publication number0130 8061. A2t) Application number МЭ044М.Т @ D»:o ol filing 3I.Q6.84inta«:F16H 1/42T$ Priority: 01.07.53 GBS317St1

21. Oite of publication at application M01RS Bulletin S5/2

22. Applicant: Quelle, Rodney Trevor, Sovereign Woy Botany Industrial Estate, Tonbrld go KentTH91RJ(ClBj

23. Inventor: Qualfe, Rodney Trevor, Sovereign Way Botany Industrial Estate, Tollbridge Kent TN9 1RJ (GB)

24. Ы' Designate;: Contracting Status AT BE CH DE FR QBtT ULUNLSE$$ Representative: Pre n I ice, Raymond Hoy, R.R. Prentice & Co. 34 Tavistock street, London WC2E7PB (OB)1. N <