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:

• samochody osobowe
  ,

• samochody ciężarowe
  ,

• 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:

;
;
itd.

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.

2

POD.NAD-TS-3

Lekcja 20

---