Разработка метода теплового расчета ведущих мостов автомобилей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, кандидат технических наук Зайцев, Алексей Викторович

• Зайцев, Алексей Викторович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зайцев, Алексей Викторович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 .АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1.Тепловое состояние автомобильных трансмиссий

1.2.Существующий метод теплового расчета трансмиссий

1.2.1 .Источники тепловыделения

1.2.2.Внутренняя теплоотдача

1.2.3.Внешняя теплоотдача

1.2.4.Режимы для теплового расчета трансмиссий

1.3.Выводы и задачи исследований

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛОВЫХ

ПРОЦЕССОВ В ВЕДУЩИХ МОСТАХ АВТОМОБИЛЕЙ

2.1 .Формирование теплового состояния ведущих мостов

2.2.Теоретические предпосылки исследования процессов

тепловыделения и теплопередачи

2.2.1 .Гидравлические потери конических и гипоидных передач

2.2.2.Внутренняя теплоотдача редуктора главной передачи

2.2.3.Теплоотток от редуктора главной передачи в кожухи полуосей

2.3.Вывод ы

3.ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1.Экспериментальные установки. Объекты исследований

3.2.Методы измерений. Контрольно-измерительные приборы

3.3.Получение и обработка экспериментальных данных

3.4.Оценка погрешностей измерений

4.РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ

ПОТЕРЬ В ГЛАВНЫХ ПЕРЕДАЧАХ

4.1. Дисковые потери

4.2.Потери на вытеснение

4.3.Гидравлические потери при «встречном» вращении

шестерен

4.4.Гидравлические потери корпуса дифференциала

4.5.Суммарные гидравлические потери

4.6.Вывод ы

5.РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

В ВЕДУЩИХ МОСТАХ

5.1 .Экспериментальное исследование внутренней теплоотдачи

редуктора главной передачи

5.2.Исследование процесса теплооттока от редуктора главной

передачи в кожухи полуосей

5.2.1 .Аналитическое решение для «сухих» кожухов

5.2.2.Экспериментальное исследование при повышенном

уровне масла

5.3.Вывод ы

6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВЕДУЩИХ МОСТОВ

6.1 .Прогностическая оценка теплового режима

6.2.Проверка представительности метода

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода теплового расчета ведущих мостов автомобилей»

ВВЕДЕНИЕ

Опыт эксплуатации трансмиссий автомобилей показывает, что их работоспособность существенно зависит от теплового состояния агрегатов /1 ...7/. Ведущие мосты работают в широком диапазоне температурных режимов.

Рост энергонасыщенности (увеличение передаваемой мощности при одновременном повышении компактности) приводит к повышению температуры агрегатов. Зачастую, при больших запасах по прочности и долговечности валов, зубьев шестерен, подшипников и других элементов, агрегаты трансмиссии выходят из строя из-за тепловых перегрузок. При высоких температурах ухудшаются свойства масла и его ресурс, ухудшаются условия работы зубчатых передач, подшипников, выходят из строя уплотнения, надежность и долговечность агрегата резко снижаются.

Несмотря на хорошие условия охлаждения ведущих мостов, встречаются случаи, когда температура масла в них превышает 120°С и даже достигает 170°С /5, 8/.

Существует и обратная сторона проблемы. Ведущие мосты автомобилей более других агрегатов трансмиссии чувствительны к низкой температуре окружающего воздуха. Благоприятные условия охлаждения встречным потоком холодного воздуха приводят к тому, что даже в установившемся тепловом состоянии значения температуры масла в мостах зимой часто ниже 0°С. При таких температурах вязкость масла достигает больших значений (10000 сСт и выше). Масло неудовлетворительно поступает к поверхностям трения зубьев шестерен, подшипников, дифференциала и уплотнений, снижая их ресурс. Работа

агрегата при повышенной вязкости масла вызывает значительные потери мощности, увеличивая расход топлива.

Ввиду высокой сложности и стоимости работ по оптимизации теплового состояния трансмиссионных агрегатов на стадии доводки, следует считать необходимым создание метода теплового расчета ведущих мостов, позволяющего еще на стадии проектирования оценивать их тепловое состояние и принимать меры к его оптимизации.

Применение существующего метода теплового расчета трансмиссий /2, 3, 4, 9, 10/ для рассмотрения теплового состояния мостов затруднительно из-за его направленности на редукторы трансмиссии с цилиндрическими зубчатыми колесами (коробки передач, раздаточные коробки, планетарные редукторы). Некоторые работы /4, 5/ затрагивают лишь отдельные тепловые процессы, происходящие в ведущих мостах. Исследования /5, 8/ посвящены тепловому состоянию ведущих мостов только большегрузных многоосных полноприводных автомобилей, и применить их результаты для прогностической оценки конструкций общего назначения не представляется возможным.

Цель данной работы заключается в создании метода теплового расчета ведущих мостов, представительного для широкого класса автомобилей в широком диапазоне температурных режимов.

Возможность создания метода достигнута совершенствованием существующего метода теплового расчета трансмиссий путем теоретического и экспериментального исследования тепловыделения и теплопередачи ведущих мостов, а также обобщением ранее проведенных исследований по тепловыделению в зубчатых редукторах и по процессам теплообмена в агрегатах трансмиссии.

Методологически проведенные экспериментальные исследования основываются на теории подобия и размерностей. Полученные рас-

четные зависимости имеют обобщенный характер; соответствующие показатели, определяющие тепловое состояние конкретной конструкции, представляют собой частные случаи общего решения.

Научную новизну работы составляют следующие основные результаты:

1. Разработан метод решения комплексной задачи - прогностической оценки тепловых режимов ведущих мостов, основанный на раздельном рассмотрении в рамках целостной системы интенсивности и особенностей протекания процессов тепловыделения и теплопередачи, в своей совокупности определяющих тепловое состояние моста.

2. Получены обобщенные зависимости, качественно и количественно описывающие тепловыделение за счет гидравлических потерь в главных передачах.

3. Теоретически и экспериментально исследованы процессы теплопередачи в ведущих мостах. Установлены обобщенные соотношения между интенсивностью теплообмена масляной ванны с корпусом редуктора главной передачи и конструктивными и режимными параметрами агрегата. Методами общей теории теплопередачи получено математическое описание теплообмена редуктора главной передачи с кожухами полуосей. Для случаев повышенного уровня масла экспериментально получена зависимость, позволяющая рассчитать количество теплоты, отводимое в кожухи.

Практическая ценность диссертации состоит в том, что ее результаты дают конструктору инструмент для оценки теплового состояния ведущих мостов и принятия теоретически обоснованных решений по его оптимизации на стадиях проектирования и доводки агрегата или автомобиля в целом.

Результаты исследования гидравлических потерь и внутренней теплоотдачи могут использоваться при проектировании зубчатых редукторов в общем машиностроении.

Основной материал диссертации опубликован в четырех научно-технических статьях /11... 14/; докладывался и обсуждался на XV и XVII Российских школах по проблемам проектирования неоднородных конструкций (июнь 1996 г., июнь 1998 г., г. Миасс, Челябинской обл.) /15, 16/ и на шестом международном симпозиуме «Теории реальных передач зацеплением» (сентябрь - октябрь 1997 г., г. Курган) /17/.

Некоторые результаты работы представлены в научно-технических отчетах кафедры Автомобили за 1995...98 г.г.

Экспериментальные установки, изготовленные в ходе выполнения работы, используются в учебном процессе при проведении практических занятий по дисциплинам «Испытания автомобилей» и «Основы научных исследований».

Диссертация состоит из шести разделов.

В разделе 1 рассмотрено тепловое состояние автомобильных трансмиссий и ведущих мостов в частности. Сделан обзор исследований, посвященным методам расчета тепловых процессов, происходящих в зубчатых редукторах и трансмиссиях автомобилей. Поставлены задачи исследований.

В разделе 2 проанализировано формирование теплового состояния ведущих мостов и проведена схематизация теплообмена в них. Дано методологическое обоснование проводимых исследований.

Раздел 3 посвящен описанию экспериментальных установок, изложена методика экспериментального исследования.

В разделе 4 приводятся результаты исследования и выводятся обобщенные зависимости для тепловыделения в главных передачах за счет гидравлических потерь.

Раздел 5 посвящен исследованию теплообмена в ведущих мостах. Приведены результаты экспериментов по исследованию внутренней теплоотдачи редуктора главной передачи и теплооттока от редуктора в кожухи полуосей. Для случая «сухих» кожухов приводится аналитическое решение задачи методами общей теории теплопередачи.

В разделе 6 приведена последовательность теплового расчета ведущих мостов и проверяется адекватность метода.

В Заключении обобщаются результаты работы.

Для защиты в диссертации выносится следующее:

1. Схематизация теплопередачи в ведущих мостах, учитывающая теплообмен редуктора главной передачи с кожухами полуосей.

2. Постановка и результаты экспериментальных исследований гидравлических сопротивлений и внутренней теплоотдачи редуктора главной передачи.

3. Математическое описание и результаты экспериментального исследования процесса теплооттока от редуктора главной передачи в кожухи полуосей.

4. Метод прогностической оценки и оптимизации тепловых режимов ведущих мостов.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Тепловое состояние автомобильных трансмиссий

Постановка проблемы теплонапряженности трансмиссий связана с ростом быстроходности и нагруженности при одновременном снижении материалоемкости агрегатов. Энергонасыщенность трансмиссий (передаваемая мощность на единицу массы) со сравнительно недавнего времени выросла в 2-3 раза и продолжает увеличиваться /18, 19/. Уплотнение компоновки агрегатов при увеличении передаваемой мощности приводит к росту их нагрева.

Общепринятой характеристикой теплового состояния агрегатов трансмиссии является температура их масляных ванн. Значения температуры масла в трансмиссионных агрегатах достигают больших значений. В коробках передач автомобилей (в особенности большегрузных) температура масла достигает 130...140°С /10, 20, 21/. В ведущих мостах автомобилей с гипоидными парами нагрев масла достигает 120...130°С, а при тяжелых режимах работы в агрегатах трансмиссии автомобилей большой грузоподъемности - до 150°С /22/. В работе /5/ в ходе дорожных испытаний четырехосных полноприводных большегрузных автомобилей во втором мосту была зафиксирована температура масла 170°С. Такой же нагрев был отмечен Калишем /23/ в ведущем мосту с червячной передачей большегрузного внедорожного автомобиля. Большим нагревом (более 120°С) характеризуется работа задних мостов автомобилей с независимой подвеской колес /19/, особенно если коробка передач и главная передача размещаются в одном картере (компоновка «trans axle»). В то же время ве-

дущие мосты большого числа автомобилей имеют существенный запас по теплонапряженности /5, 10, 20/. Такие ведущие мосты при низких температурах окружающего воздуха имеют наименьшую, по сравнению с другими агрегатами трансмиссии, температуру масла даже в установившемся тепловом состоянии. Проблеме адаптации автомобилей к суровым климатическим условиям севера и Сибири посвящены исследования, проведенные Тюменским индустриальным институтом /24...27/. Приводятся следующие данные по установившимся температурам масла в агрегатах трансмиссии в холодных климатических условиях (табл. 1.1).

Работа агрегатов в условиях повышенных температур отрицательно сказывается на работоспособности зубчатых передач, подшипников, уплотнений, а также на свойствах самого масла.

Для обеспечения надежной работы зубчатого зацепления необходимо обеспечить жидкостный режим трения, при котором между рабочими поверхностями зубьев образуется несущий гидродинамический слой масла. Гидродинамическая смазка позволяет передаче выдерживать значительные контактные напряжения и скорости скольжения без возникновения заедания и интенсивного изнашивания.

Склонность к заеданию связана, прежде всего, с контактной температурой /28/. Эта температура складывается из температуры масла, превышения объемной температуры зубьев над температурой масла ), поверхностной температуры зубьев и температуры вспышки. Ориентировочно дг =5°С /29/. Точный расчет в работе /2/. Другие составляющие контактной температуры рассчитываются по уравнению

ту о ПС\/ тт/ч т7Г"»опттатттгтА Т^тггчтлг* /31 / ггпч/гип^И ЛЛАТАТГОЛ/ГТ! иаппммрп

ПО ни у трС1Х>ХЛ\/Х1ХХХи иишла 1' , Д^/у а x1j.vi.jcjl J.vxч/ 1 Ч/Даа»х.гх5 аац-ах^хахм. / и .

Таблица 1.1

Температура масла в агрегатах трансмиссии в холодных условиях

Марка автомобиля Температура воздуха, °С Скорость ветра, м/с Температура масла в агрегатах,°С Время разогрева агрегатов и пробег до измерений

Коробки передач Ведущие мосты

ГАЗ - 66 -20 — 48 23 Продолжительная езда по городскому циклу

-40 — 31 15

ЗИЛ - 130 -20 — ' 33 13

-40 — 23 -2

ПАЗ - 672 -40 — 33 5

ЗИЛ - 164 -30 10..Л2 14 -10 50 мин 20 км

КрАЗ-214 -30 10..Л2 20 3 55 мин 30 км

МАЗ - 537 -30 10..Л2 60 27 80 мин 30 км

Урал - 375 -50 Безветренно 29 8 80 мин 50 км

Урал - 375 (с утеплительным чехлом) - 54 Безветренно 27 15 80 мин 50 км

Из всех факторов, определяющих условия трения, контактная температура является решающим. Она может рассматриваться как комплексная величина, через которую выражается влияние нагрузки и скорости скольжения. Это объясняется уменьшением вязкости смазки в зоне контакта под действием высокой температуры, что приводит к нарушению гидродинамического характера трения и непосредственному контакту рабочих поверхностей зубьев; образованием адгезионных связей (мостиков сварки) между поверхностями, чему способствует отпуск металла в поверхностном слое, происходящий под действием высоких температур и сопровождающийся переходом от мар-тенситной структуры к ферритной /28/.

Многие исследователи отмечают, что с ростом температуры изменяются и свойства материала шестерен. В работах /33, 34/ отмечается, что при температурах выше 175°С уменьшается твердость стали. При нагреве до 177°С в течение часа твердость снизилась на 6,5%.

С увеличением температуры контактирующих поверхностей наблюдается снижение противозадирной стойкости /35...37/.

В ряде работ /38, 39/ при расчете конических передач с круговым зубом на стойкость против износа и заедания рекомендуется учитывать снижение несущей способности масляного слоя в условиях повышенных температур смазки введением температурного коэффициента. С увеличением 1м на 65°С допускаемое контактное напряжение снижается на 25%.

Увеличение температуры приводит к снижению изгибной прочности зубьев /40/ и снижению усталостной выносливости сталей /41/.

Высокая температура оказывает существенное влияние и на подшипники /42, 43/. Снижение долговечности подшипников при высоких температурах масла объясняется следующими факторами: тепло-

вым расширением деталей подшипников; снижением твердости при изменении размеров деталей; изменением вязкости смазочного материала. Для обычных подшипников критическая температура масла составляет 120°С, т.к. при более высоком нагреве происходит отпуск и необратимое снижение твердости тел качения и колец подшипника, что ведет к снижению их несущей способности и долговечности. При температуре масла более 120°С рекомендуется применять теплостойкие стали /42/.

Наиболее чувствительны к высокой температуре масла резиновые уплотнения. При возрастании температуры их износ резко увеличивается в результате изменения прочностных, усталостных и фрикционных свойств резины /44/. Под действием высокой температуры уплотнения становятся твердыми и хрупкими, их долговечность резко падает. Например, при изменении температуры масла от100°С до 150°С срок службы сокращается более чем в 7 раз /45/. Срок службы обычных уплотнений, созданных на базе каучука, начинает резко снижаться при достижении маслом температуры 120°С. Если температуру затем уменьшить, то свойства сальника уже не восстановятся /46/.

Промышленность в состоянии обеспечить материалы для уплотнений, устойчивые к высоким температурам (до 300°С и выше). Однако, ввиду высокой стоимости, их применение в узлах массового производства, например, в трансмиссионных агрегатах, нецелесообразно.

Высокая температура сказывается на снижении свойств такого конструкционного материала, как трансмиссионное масло.

Исследованию влияния нагрева на изменение свойств масел посвящен ряд работ отечественных и зарубежных ученых /22, 29, 30, 47, 33, 48 и др./. По данным /30/, старение масла, прежде всего, обуславливается окислением, происходящим при высокой температуре, и

главным фактором, влияющим на срок службы любого масла, следует считать его температуру. Окисление масла, соприкасающегося с воздухом, начинается уже при температуре 60°С. Ряд исследователей /22, 29, 33/ считают, что работоспособность масла сокращается вдвое при повышении его температуры на 10°С.

В вопросе об оптимальной температуре масла среди исследователей нет полного согласия. А.И. Петрусевич /30/ считает, что максимальная температура масла в зубчатых агрегатах не должна превышать 80°С. В работе /49/ максимальная температура масла ограничивается 90...100°С, а в /50/ - Ю0...110°С. В /47/ рекомендуется считать допустимой температуру 80...100°С для обычных трансмиссионных масел и И0...130°С для специальных трансмиссионных. В /51/ считается допустимой температура масла 150°С, но более желательно держать эту температуру в интервале 125...140°С. Предпочтителен нижний предел на уровне 90...100°С, хотя чаще встречается 75°С.

Анализ рассмотренных работ позволяет принять за верхний предел температуру масла 120°С, т.к. превышение этого предела приводит к необратимым изменениям свойств резиновых уплотнений, вызывает резкое снижение свойств масла и срока его службы, требует применения специальных теплостойких подшипников. Эта температура близка к той, при которой происходит уменьшение твердости материала зубьев шестерен, что увеличивает их склонность к заеданию. Однако желательно поддерживать температуру масла в пределах 100°С, что обеспечит увеличение сроков службы масла и уплотнений.

Работа агрегата в условиях низких температур масла также ведет к негативным последствиям. В таких условиях трансмиссионное масло обладает большой вязкостью, что вызывает повышенный уровень гидравлических сопротивлений. В начальные моменты движения тем-

пература масла равняется температуре окружающего воздуха (в условиях полярной зимы это составляет до минус 50°С и ниже). Температура застывания большинства трансмиссионных масел выше и лежит в пределах -40...-20°С. В таких условиях трогание автомобиля с места и его движение в начальные моменты сопряжено с большими трудностями. Происходит нарушение работы сцепления, соосности валов шестерен, повреждение подшипников и других деталей (срез хвостовика ведущей шестерни главной передачи).

Работы по решению этой проблемы проводились, в основном, в направлении оптимизации низкотемпературных свойств трансмиссионных масел. Для военной автомобильной техники было признано целесообразным применение загущенных трансмиссионных масел, например, ТСЗп-9. Для автомобилей общего назначения в работах /52...54/ рекомендуется разжижать штатные трансмиссионные масла дизельным топливом (арктическим или зимним). В арктических районах США и Канады зимой трансмиссионные масла разбавляют на 20...30%, обеспечивая их работоспособность до минус 55...57°С. Отечественные масла достаточно разбавлять на 15...20% /52/. Разбавление трансмиссионных масел улучшает их адаптацию к низким температурам по вязкостным свойствам (таб. 1.2).

Очевидно, что для обеспечения работоспособности трансмиссионных масел при температурах до -50°С требуется их разбавление на 20...30%. Однако, несмотря на то, что трансмиссионные масла содержат необходимые присадки с запасом /52/, такая степень разбавления вызывает снижение противозадирных и противоизносных свойств в несколько раз /52...54/. Следовательно, допустимым следует считать разбавление трансмиссионных масел до 10%. При этом температура застывания снижается приблизительно на 10°С, но вяз-

Таблица 1.2

Низкотемпературные свойства трансмиссионных масел, разбавленных арктическим дизельным топливом

Марка масла и степень разбавления Температура застывания, °С Вязкость при температуре, °С

Кинематич., сСт Динамическая, Пас

100 50 0 -20 -40 -50

ТАп-10 чистое -37 10,0 7,2 - 50,0 - -

Тап-10+10%ДА -42 8,8 - 2,7 44,7 460 -

Тап-10+20% ДА -46 6,0 - 0,8 7,8 170 630

Тап-10+30% ДА -52 4,6 - 0,3 2,5 45 370

МТ-16п чистое -25 17,0 109 5,5 72,5 3310 -

МТ-16п+10%ДА -35 11,8 62,3 2,4 27,6 550 -

МТ-16п+15%ДА -38 10,3 51,2 2Д 17,4 400 -

МТ-16п+20%ДА -40 9,0 36,8 1,3 8,3 260 1000

Тм5-18ихп чистое -35 17,8 115 5,1 68,4 - -

Тм5-18ихп +20%ДА -60 9,5 41 - 7,5 210 830

кость масла уменьшается не столь значительно, как при большем разжижении.

Работа на вязком масле вызывает увеличение нагрузки на детали трансмиссии и двигателя в 2...3 раза и перерасход топлива до 200% против нормы.

Из всех агрегатов ведущие мосты имеют наименьшую температуру (см. табл. 1.1). Объясняется это лучшими условиями охлаждения встречным потоком холодного воздуха. При низких температурах воздуха температура масла в мостах близка к 0°С и редко достигает 20°С. Поэтому из всей трансмиссии ведущие мосты вызывают зимой наибольший перерасход топлива. Например, только один задний мост автомобиля ГАЗ-66 при температуре воздуха всего -14°С, в зависимости от степени прогрева, вызывает перерасход топлива до 6кг/100км. При температуре воздуха -6°С - до 4кг/100км. Коробки передач практически не оказывают влияния на зимний перерасход топлива, т.к. установившиеся температуры масла в них значительно выше +20°С /24/.

Работы по оптимизации теплового состояния ведущих мостов, работающих как в условиях повышенных, так и пониженных температур, проводятся, как правило, на стадии доводки автомобиля /5/. В этом случае оптимизация теплового состояния агрегатов трансмиссии связана со значительными затруднениями. Очевидна необходимость прогноза и управления тепловым состоянием ведущих мостов еще на стадии проектирования. Это позволило бы, спроектировав мост оптимальным с точки зрения теплового состояния, избежать как перегрева его при эксплуатации в условиях жаркого климата, так и работы при низких температурах масла зимой, повысив тем самым надежность, долговечность и экономичность автомобиля. Для прогностической

оценки теплового состояния мостов необходим инженерный метод их теплового расчета.

Необходимость теплового расчета для создания работоспособных и надежных конструкций впервые была обоснована А.Д. Крюковым в работе /1/. Были поставлены частные задачи, составляющие основу теплового расчета трансмиссионных агрегатов: определение расчетной нагрузки в механизмах трансмиссии при различных режимах движения; определение интенсивности тепловыделения в механизмах; анализ путей и интенсивности отвода тепла; определение установившихся температур. Эти задачи имеют самостоятельное значение и их раздельное рассмотрение вполне правомерно.

А.Д. Крюков приводит уравнение теплового баланса в следующем виде:

где - суммарное количество тепла, выделяющееся в агрегате;

Оост - количество тепла, поглощаемое агрегатом;

<2в - количество тепла, отводимое конвекцией;

С2м - количество тепла, отводимое от картера теплопроводностью;

<2р - количество тепла, отводимое в систему охлаждения.

В зависимости от конструктивного исполнения механизма, наличия системы охлаждения значимость некоторых членов уравнения (1.1) может меняться, а некоторые могут быть равны 0.

В трансмиссии автомобилей и тракторов, по мнению автора, преобладающая часть тепла отводится конвекцией и уравнение теплового баланса принимает вид:

(1.1)

ЯБ^йост + Ов.

(1.2)

Тепловое излучение автор опускает из рассмотрения. Для определения количества тепла, отводимого конвекцией, приводится уравнение:

Ов-ЩЫ,), (1.3)

где к - коэффициент теплопередачи, Вт/м2оС\

Т7 - общая поверхность картера, соприкасающаяся с воздухом и омываемая внутри картера маслом, м2; 1м-1в ~ разность температур масла и окружающего воздуха, °С.

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле

—+ _ + —

Р^ 2 Я а2

где ах - коэффициент внутренней теплоотдачи (между маслом и картером), Вт/м2оС; сс2- коэффициент внешней теплоотдачи (между картером и воздухом), Вт/м2оС; Я - коэффициент теплопроводности стенки картера, Вт/м°С; 8 - толщина стенки, м.

гт 5

По мнению автора, величину — можно опустить из рассмотрения

X

вследствие малой толщины стенок и больших коэффициентов теплопроводности.

А.Д. Крюков утверждает, что формула (1.3) «не отражает действительной зависимости теплового потока от температуры, физических свойств и размеров агрегатов трансмиссии, а является удобным рас-

четным приемом, переносящим все трудности расчета теплоотдачи и теплопередачи на определение коэффициента к».

Для определения превышения температуры масла над температурой воздуха в любой момент времени А.Д. Крюков приводит следующую зависимость:

где т - величина перегрева масла над окружающей средой; т0 - перегрев масла в начале работы; кпр - приведенный коэффициент теплопередачи;

/ - время работы агрегата; с - приведенная теплоемкость агрегата.

Решение этого уравнения основано на допущении о постоянстве температуры внутри механизмов, постоянстве величины к по площади картера, постоянстве температуры омываемого воздуха.

Неопределенность, связанная с выбором величины коэффициента теплопередачи, вызывает затруднения в использовании формулы (1.3) при расчете теплорассеивания. Предложенные автором значение к=24,6 ккал/м2час°С (30,9 Вт/м2оС) для спокойного воздуха и формулы к — 24,6 + 3,31^ и к- 14л/К для расчета к при обдуве картера неточны, т.к. сам автор указывает, что к зависит от многих факторов: скорости обдува, размеров картера, шероховатости поверхности и т.д. Таким образом, работа /1/ содержит, в основном, постановку за-

ттотт тг о л ^лгт о от л^ттттхт! ттхг'-пт гтг\л тг\ а а тт и лг шаггА ттмт/ч* таттттАплт^л п^лттато

что объясняется тем, что автор не располагал достаточным объемом

кПР

1-е с +тп-е

с

\

/

информации как по тепловыделению в зубчатых передачах, так и по условиям их теплорассеивания.

В работе Габриэля /55/ приводится экспоненциальное уравнение для определения температуры масла в коробке передач в любой момент времени с начала разогрева. Это уравнение представляет собой уравнение разогрева однородного тела с внутренним источником тепла постоянной мощности при условиях однородности температурного поля его поверхности и постоянными условиями теплоотдачи по поверхности. Основными способами теплорассеивания Габриэль считает теплопроводность и конвекцию, доля лучистого теплообмена мала. Интенсивность конвективного теплообмена характеризуется коэффициентом теплопередачи, величина которого обуславливается двумя термическими сопротивлениями:

Заключение диссертации по теме «Колесные и гусеничные машины», Зайцев, Алексей Викторович

6. Результаты работы позволяют повысить качество вновь создаваемых автомобилей и сократить время доводки конструкций.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зайцев, Алексей Викторович, 1999 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Крюков А.Д. Тепловой расчет трансмиссий транспортных машин. - М.-Л.: Машгиз, 1961.-136 с.

2. Терехов A.C. Исследование и оптимизация теплонапряженности редукторов автомобильных трансмиссий: Дисс. д.т.н. - Курган, 1978.

3. Шпитко Г.Н. Исследования гидравлических сопротивлений в коробках передач транспортных машин: Дисс. к.т.н. - Хабаровск, 1972.- 166 с.

4. Хоменко С.Е. Исследования влияния режимов движения и конструктивных особенностей автомобиля на формирование теплового состояния трансмиссионных агрегатов: Дисс. к.т.н. - Курган, 1976. -168 с.

5. Некрасов В.И. Исследования теплонапряженности агрегатов трансмиссии большегрузных четырехосных автомобилей и путей ее снижения: Дисс. к.т.н. - Курган, 1978. - 211 с.

6. Пицхелаури М.М. Лабораторные испытания коробок передач. «Автомобильная промышленность». - 1947. -№10.- С. 3-10.

7. Островцев А.Н. Основы проектирования автомобилей.-М.:М-ие, 1968. - 204 с.

8. Терехов A.C., Некрасов В.И., Пискарев В.А., Шитман Я.М. К вопросу снижения теплонапряженности агрегатов трансмис-сии//Автомобильная промышленность. - 1977. - №11. - С. 28-30.

9. Гулезов С.С. Исследование теплового состояния планетарных передач транспортного типа: Дисс. к.т.н. - Хабаровск, 1972. - 175 с.

10. Байбакова A.A. Исследование теплового состояния коробок передач автомобилей: Дисс. к.т.н. - Хабаровск, 1972. - 143 с.

11. Терехов A.C., Коваль В.В., Зайцев A.B. Методика расчета гидравлических потерь в главных передачах //Проблемы проектирования неоднородных конструкций. Труды XV Российской школы/ УралАЗ/ Отв. ред. Г.А. Верзакова. - Миасс, Челяб. обл., 1996. - С. 153 - 158.

12. Терехов A.C., Зайцев A.B. Внутренний теплообмен в ведущих мостах автомобилей //Вестник уральского межрегионального отделения академии транспорта. - Курган: Изд-во КГУ, 1998. - Вып.1. - С. 15

13. Зайцев A.B. Теплопередача в ведущих мостах автомобилей //Сборник научных трудов аспирантов КГУ. -Курган: Изд-во КГУ, 1999г.-С. 29 - 32

14. Терехов A.C., Зайцев A.B. Тепловой расчет ведущих мостов //Вестник уральского межрегионального отделения академии транспорта. -Курган: Изд-во КГУ, 1999. - Вып. 2 (в печати)

15. Терехов A.C., Коваль В.В., Зайцев A.B. Методика расчета гидравлических потерь в главных передачах//ХУ Российская школа по проблемам проектирования неоднородных конструкций: Тез. докл. -Миасс, Челяб. обл., 1996. - С.15

16. Терехов A.C., Зайцев A.B. О теплообмене в ведущих мостах автомобилей//ХУП Российская школа по проблемам проектирования неоднородных конструкций: Тез. докл. - Миасс, Челяб. обл., 1998. -С.51

17. Терехов A.C., Зайцев A.B. Тепловой баланс ведущих мостов автомобилей//У1 международный симпозиум по теории реальных передач зацеплением: Информационные материалы, Ч. 2. - Курган: Изд-во КГУ, 1997. - С. 123

18. Bartz Wielfried J. «Mineraloltechnick», 1971, v.16, №7-8, st. 1 ...34.

19. Toni. ASTM Spec. Techn. Publ., №334, 1963, p. 216...237.

20. Nelson R.K., Valentine G.J. Axle and transmission lubricant requirements compared SAE Journal, 1960, 68, №6.

21. Облеухова О.С. и др. Об улучшении качества трансмиссионных масел//Автомобильный транспорт. - 1962. - №12. - С.24

22. Климов К.И., Кичкин К.И. Трансмиссионные масла. - М.: Химия, 1970.

23. Calish S.R. Lubrication Egineering. - 1961. - V.17. - №1

24. A.A. Кутлин, Л.Н. Рожкова. Влияние теплового состояния агрегатов на топливную экономичность автомобилей. «Приспособленность автомобилей в условиях севера». Межвузовский научный сборник. Вып. 61. Тюмень, 1976, с. 35...44.

25. Резник Л.Г., Кутлин A.A. Сравнительный анализ приспособленности автомобиля ГАЗ-66 и автобуса ПАЗ-672 к низким температурам воздуха // Труды ТИИ, вып. 41, 1974.

26. Кутлин A.A. Определение потерь холостого хода в агрегатах трансмиссии автомобиля ГАЗ-66 // Труды ТИИ, вып. 41, 1974.

27. Резник Л.Г., Виленский Л.И., Кутлин A.A., Дедюкин В.В., Замятин Ю.Н. Температурный режим основных агрегатов и топливная экономичность автомобилей // Проблемы адаптации автомобилей к суровым климатическим условиям севера и Сибири: Межвузовский тематический сборник. Вып. 63. - Тюмень, 1977. - с. 20...29

28. Fohl J., Vetz Н. «Wear», 1976, 36, №1.

29.Griffen T.J. Paper presented at SAE Meeting. Atlantic City N.J., June, 1962.

30.Петрусевич А.И. Зубчатые передачи. Детали машин. Расчет и конструирование. Спр. в 3-х т. Под ред. Н.С. Ачернана. Т. 3. М.: М-ие, 1969.

31.Blok Н. Inst, of Mechanical Eng., 1937, vol.2.

32. Копф И.А., Корнилов В.В., Ефимов Е.В. Нестационарная термомеханическая модель заедания и износа эвольвентных зубчатых передач//Техника машиностроения. - 1998. - №1. - С. 54-60

33. Бонер Ч.Дж. Редукторные и трансмиссионные масла (пер. с англ.). - М.: Химия, 1967.

34. Neumann F. Ropa a Vhile. 1975, №10.

35. Витенберг Ю.Р., Петрусевич А.И. Влияние приработки на сопротивление заеданию смазываемых шероховатых поверхностей при трении качения со скольжением//Вестник машиностроения. - 1976. -№6.

36. Заскалько П.П., Кузнецов Ю.Г., Крысин В.Д., Чечеткин В.В. Оценка противозадирных свойств трансмиссионных масел на машине 1АЕ по квалификационному методу//Химия и технология топлив и масел. - 1976. - №7. - С. 12

37. Nieman G., Lechner G. Die Freb-Grenzlast bei Stirnradern ans Stahl. «Erdöl und Kohle», 1967, v.20, Nr. 2.

38. Лопато Г.А. Контактно-гидродинамический расчет конических передач с круговыми зубьями//Контактно-гидродинамическая теория смазки и ее практическое приложение в технике: Труды Первой Всесоюзной конф. -Куйбышев, 1973.-Вып. 1.

39. Громан М.Б., Шлейфер М. Конические передачи с круговым зубом. - М.: М-ие, 1964.

40. Цитович И.С. и др. Зубчатые колеса автомобилей и тракто-ров(Проектировочный расчет). - Минск: Изд. МВиССиПО БССР, 1962.-58 с.

41. Ратнер И.Д. Экспериментальное исследование влияния смазки на контактную выносливость сталей. См. №38.

42. PittroffH. «VDI-Z», 1976, 118, №5.

Ifum1 /i*J

i' ( ft

43. Спицын В.А., Яхин В.А., Перегудов В.Н., Забулунов И.Н. Расчет и выбор подшипников качения: Спр,- М.: М-ие, 1974.

44. Чичинадзе A.B., Голубев Г.А., Кунин Г.И. Исследование трения и изнашивания нагруженных контактных уплотнений быстровра-щающихся валов//Износостойкостъ: Сб. науч. тр. - М.: Наука, 1975.

45. Brink R.V. Proc. 6-th Int. Conf. Fluid Seal., Munich, 1973, Cran-field, 1973.

46. Shurle F., Upper G. «Automob. Ind.», 1975, 20, №1.

47. Айзельт Г. Смазывание трансмиссий и« характеристики, необходимые для расчета и выбора смазочных материалов//Исследования по триботехнике: Сб. науч. тр. - М.: НИИМАШ, 1975.

48. Розенберг Ю.А. Влияние смазочных масел на надежность и долговечность машин. М.: М-ие, 1970.

49. Надежность и долговечность машин/Под ред. Костецкого Б.И. - Киев: Техника, 1975.

50. Бурков В.В. Температурно- динамические качества тракторов и автомобилей. - Ленинград-Пушкин, 1975.

51. Farell F.F. Transmission Cooling Systems Oil-to-Water Type. Paper presented at SAE Meeting. Atlantic City N.J., June. 1962.

52. П.П. Заскалько, A.C. Терехов, B.B. Чечеткин, В.И. Некрасов. Особенности применения трансмиссионных масел при низких темпе-ратурах//Проблема адаптации автомобилей к суровым климатическим условиям севера и Сибири: Межвузовский тематический сб. - Вып. 63. - Тюмень, 1977. - С. 58-63

53. Заскалько П.П., Коженин A.B. Особенности применения трансмиссионных масел при низких температурах // Автомобильный транспорт. - 1974. - №8. - С. 40-41.

54. Заскалько П.П. и др. Особенности применения автомобильных трансмиссионных масел ТС-Ю-ОТП и Тап-15в при низких температу-Dax //Автомобильная поомышленность. - 1975. - №6. - С. 26...28

X А

55. Jabriel М. Transmission Air Cooling. Paper presented at SAE Meeting. Atlantic City, NJ, June 1962, 10pp.

56. Рыбакова Т.Н. Исследование тепловых режимов тракторных коробок передач с переключением на ходу: Автореф. дис. к.т.н.. - М., 1976.- 31 с.

57. Жучков В.М., Фимаков А.Н., Юдин Е.Г. К расчету гидродинамических потерь мощности в дисковых фрикционных узлах//Известия ВУЗов.- 1982 -№4.

58. М.Н. Иванов, В.А. Финогенов, А.Э. Видмайер. О нагреве волновых зубчатых редукторов общего назначения//Известия ВУЗов. -1980. - № 9.

59. Видмайер А.Э., Финогенов В.А. Методика теплового расчета волновых зубчатых редукторов общего назначения//Вестник машиностроения. - 1986. - №11

60. Финогенов В.А., Видмайер А.Э. Внутренний теплообмен в волновых зубчатых редукторах общего назначения//Вестник машиностроения. - 1982. - № 8.

61. Видмайер А.Э. Экспериментальное исследование внешнего теплообмена в волновых зубчатых редукторах общего назначе-ния//Известия ВУЗов. - 1981. - № 12.

62. Финогенов В.А. Тепловой расчет волновых зубчатых передач с пластичным смазочным материалом//Известия ВУЗов. - 1990. - №8.

63. А.С. Терехов, Г.А. Домрачев, В.И. Некрасов, Г.Н. Шпитко. Применение теории планирования эксперимента при теплотехниче-

ских исследованиях агрегатов трансмиссии//Автомобильная промышленность. - 1975. - № 4. - С. 25-26.

64. Research into the increase of scuffing load capacity by optimization of surface flash temperature of gear teeth. Meng Huirong, Liv Chong, Chen Quitai. «2 eme Cong mond. Engren., Paris, 3-5 mans, 1986, Textes conf. vol. 1». S. 1., s. a., 437-447.

65. Раскатова E.A. Коэффициент полезного действия зубчатой пе-редачи//Известия ВУЗов. - 1982. - №2.

66. Naruse С.Н., Haizuka S.H., Nemoto R., Umezu Т. Limiting Load for Scoring and Frictional Loss of Hypoid Gear (in Comparison with Spur Gear and Crossed Helical Gear, using Mineral Oil and Synthetic Oil), 1986, 29, № 253.

67. Jarchow F., Schoo A. Power Loses of Gear Pairs of Planetary Gearings. International Tribology Conf. Proc. Tokio, 1985.

68. Power Loss of Automotive Transmission With Exact Measurement of Total Weat Rejection. Omerama K., Jnoh Т., Katow H. «Proc. Int. Symp. Gear and Power Transmission, Tokio, Aug. 30 - Sept. 3, 1981. vol. 1» s.l, s.a.

69. Katow H., Jnoh Т., Umezawa К. «Нихон нихай гаикай ромбунсю (Исследования потерь мощности в главных передачах автомобилей), Trans. Jap. Мое. Mech. Eng.» 1983, с. 49, № 443.

70. Лурье М. И. Мощность двигателей и параметры трансмиссий грузовых автомобилей и автопоездов: Автореф. дис. д.т.н. - М, 1969. -64 с.

71. Островский Н. Б. Исследование влияния тепловых режимов работы агрегатов на эксплуатационные качества автомобилей: Автореф. дис. д.т.н. - М, 1954. - 36 с.

72. Шпитко Г.Н. Тепловой расчет механических коробок передач, 4.1. Тепловыделение: Уч. пособ. - Курган: Изд-во КМИ, 1995. - 37 с.

73. Соловьев А.И. Коэффициент полезного действия механизмов и машин. - М.: М-ие, 1966. - 179 с.

74. Kubo К., Shimekawa Y., Kibukawa М. The effect of gear oil viscosity and friction reduces type on transmission efficiency. // Tribol. Ind. -1986, 19, №6, p. 312...313.

75. Справочник машиностроителя. Т.4, кн. 1/Под ред. Н.С. Ачер-кана. - М.: Машгиз, 1962.

76. Детали машин: Справочник. Т. З./Под ред. Н. С. Ачеркана. -М.: М-ие, 1969.

77. Исаченко В.П. и др. Теплопередача. - М.: Энергия, 1975. -488с.

78. Рыбакова Т. Н. Исследование охлаждения коробок передач с переключением на ходу за счет лучистого теплообмена. // Тракторы и сельхозмашины. - 1976. - №1. - С. 14-15.

79. Терехов A.C., Бойков A.B. К исследованию внешнего теплообмена автомобильных коробок передач//Научно - техническая конференция «Автомобильный транспорт». Серия «Автомобили и двигатели»: Сб. науч. тр. - Хабаровск, 1970. - Вып. 17. - С. 83-91.

80. Алферов В. Н., Соколов Ю. Н. Теплообмен деталей станков с воздухом цеха. // Станки и инструменты. - 1968. - № 9. - С. 10-11.

81. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1977. - 344 с.

82. Михеев М.А. Основы теплопередачи. - М.: Госэнергоиздат, 1956. - 392 с.

83. Островцев А.Н. Потенциальные свойства функциональных систем и их влияние на эксплуатационные свойства автомобиля. // Труды МАДИ. - 1975. - Вып. 101. - С. 4-11.

84. Дорфман JT.A. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. - М,1960.-260 с.

85. Тарг С.М. Основные задачи теории ламинарных течений. - М.-Л, 1961.-368 с.

86. Беляев Б.К. Потери трения дисков, вращающихся в корпусе. // Судостроение. - 1956. - № 11

87. Седов Л.Н. Методы подобия и размерности в механике. - М.: Наука, 1967 - 326 с.

88. Гухман A.A. Введение в теорию подобия,- М.:Высшая школа, 1963. - 238 с.

89. Алабужев П.М. Лекции по основам теории подобия и моделирования. -Новосибирск, 1968. - 128 с.

90. Алабужев П.М. Теория подобия, размерностей, моделирование. - М.: Высшая школа, 1968. - 346 с.

91. Леви И.И. Моделирование гидравлических явлений. - Л.: Энергия, 1967.- 188 с.

92. Хантли Г. Анализ размерностей. - М.: Мир, 1970. - 142 с.

93. Клайн С.Д. Подобие и приближенные методы. - М.: Мир, 1968.

94. Климов К.И., Виленкин A.B. Потери энергии в начальный период работы агрегатов трансмиссии при низких температу-рах//Автомобильная и тракторная промышленность. - 1957. - № 7.

95. Кувшинов Я.И. Исследование механического КПД трансмиссии трактора. // Записки Воронежского сельскохозяйственного института. - 1959. - Вып. 2. - С. 28.

96. Темкин А.Г. Обратные методы теплопроводности. - М.: Энергия, 1973.-464 с.

97. Соловьев А.Н., Малов Б.А. Вычисление погрешностей физических измерений. - Киев: Книга, 1975. - 64 с.

98. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. - М.: Наука, 1970. - 104 с.

99. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. - Л.: Наука, 1974. - 108 с.

100. Решетов Д.Н. Детали машин: Уч. для студ. машиностроительных и механических специальностей вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: М-ие, 1989.-496 с.

101. А.И. Пехович, В.М. Жидких. Расчеты теплового режима

твердых тел. - Л.: Энергия, 1968. - 304 с.

102. Г.С. Гуде. Исследование температурного режима тормозных

механизмов автомобильных колес методами физического и математического моделирования: Автореф. дис. к.т.н. - Львов, 1971 -20 с.

103. П.И. Еременко. Исследование тепловых процессов в тормозных механизмах автомобильных колес на сеточных моделях-аналогах: Автореф. дис. к.т.н. - Львов, 1975,- 26 с.

104. Определение теплового состояния агрегатов трансмиссии автомобилей семейства «Урал» в стендовых и дорожных услови-ях//3акл. отч. о НИР/ Х/Д № 0639 / Отв. исп. A.B. Фоминых. - Курган: КМИ, 1980.-72 с.

105. Динамика системы дорога - шина - автомобиль - водитель/А. А. Хачатуров и др./Под ред. A.A. Хачатурова. - М.: М-ие, 1976.- 535 с.

106. Слыхов A.A. Исследование нагруженности автомобильных рессор при кручении: Автореф. дисс. к.т.н. - М.: МАМИ, 1978. - 28 с.