Синтез планетарных коробок передач с 2 степенями свободы (Раздаточные материалы)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТКАФЕДРА СПЕЦИАЛЬНЫХ И ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН621.83(07)Ф538Н.В. ФиличкинСИНТЕЗ ПЛАНЕТАРНЫХ КОРОБОК ПЕРЕДАЧС ДВУМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫУчебное пособиеКомпьютерная версия,исправленная и дополненнаяЧелябинск2007Министерство образования и науки Российской ФедерацииФедеральное агентство по образованиюЮжно-Уральский государственный университетКафедра специальных и дорожно-строительных машин621.83(07)Ф538Н.В.

ФиличкинСИНТЕЗ ПЛАНЕТАРНЫХ КОРОБОК ПЕРЕДАЧС ДВУМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫУчебное пособиеКомпьютерная версия,исправленная и дополненнаяЧелябинскИздательство ЮУрГУ2007УДК 621.833.65(075.8) + [629.113.001.2: 621.833.65](075.8) ++ [629.114.2.− 2: 621.833.65](075.8)Ф538Одобрено учебно-методической комиссиейавтотракторного факультетаРецензенты:В.Н Белоусов и В.Н. ТимонинФиличкин, Н.В.Ф538 Синтез планетарных коробок передач с двумя степенями свободы:учебное пособие / Н.В.

Филичкин. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2007. – 59 с.ISBN 5-696-02513-7Учебное пособие подготовлено в соответствии с учебно-методическим комплексомдисциплины “Шасси машин” для студентов специальностей 190202 – “Многоцелевыегусеничные и колесные машины” и 190205 – “Дорожно-строительные машины”. Впособии подробно изложена последовательность синтеза новых схем планетарныхкоробок передач с двумя степенями свободы, даны все необходимые разъяснения икомментарии. В качестве примера синтезирована схема планетарной коробки передачна четыре передачи переднего и одну – заднего хода.Учебное пособие предназначено для использования в курсовом и дипломномпроектировании и может быть полезно для студентов смежных специальностейавтотракторного направления.Ил.

35, табл. 7, список лит. – 5 назв.УДК 621.833.65(075.8) + [629.113.001.2: 621.833.65](075.8) + [629.114.2.− 2:621.833.65](075.8)ISBN 5-696-02513-7© Издательство ЮУрГУ, 2007ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………….1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ………………………………...…………………….……2. ПЛАН УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙОСНОВНЫХ ЗВЕНЬЕВ ПКП……………………………………………………...3. ОБРАЗОВАНИЕ ПМ ИЗ ПЛАНА СКОРОСТЕЙ ……………………...................3.1. Первая отбраковка …………………………………...…………………....…...3.2. Вторая отбраковка ………………………………………………….…..……...3.3. Третья отбраковка ……………………………….…………………………….4. ПОСТРОЕНИЕ СХЕМ ПКП ………………………………………………………4.1. Четвертая отбраковка ………………………………….…………………........4.2. Пятая отбраковка …………………………………………………………........4.3. Шестая отбраковка ………………………………….…………………………4.4. Седьмая отбраковка ……………………………………….……………….......4.5.

Рекомендации по составлениюкинематических схем ПКП ……………………………………………………5. АНАЛИЗ ВЫБРАННОЙ СХЕМЫ ПКП ………………………………….………5.1. Кинематический анализ …………………………………………………….....5.1.1. Кинематические передаточныефункции …………………………………………………………………..5.1.2. Подбор чисел зубьев зубчатыхколес ПМ …………………………………………………………………5.1.3. Определение угловых скоростейвсех звеньев ПКП …………………………………….………………….5.2. Силовой анализ ………………………………………………………………...5.3.

Потоки мощности в ПКП ……………………………………………………...5.4. Коэффициент полезного действия ПКП ………………….……………….....ВЫВОДЫ ..…………………………………………………………...………………..ЗАКЛЮЧЕНИЕ..……………………………………………………….………………Список рекомендуемой литературыдля углубленного изучения материала ………………………….…………………...34468911111214141516172727283134384649585959ВВЕДЕНИЕСинтез, то есть создание кинематической схемы планетарной коробки передач(ПКП), является достаточно сложной инженерной задачей, требующей для ее решения не только отличного знания теории планетарных передач, но и большого терпения, аккуратности, самокритичности, а также определенных творческих способностей, сообразительности и даже, если угодно, удачливости, везения.Степень сложности, трудоемкости процедуры синтеза планетарной коробкипередач (ПКП) зависит, прежде всего, от количества передач ПКП (чем больше –тем сложнее), а также от числа степеней свободы ПКП.В настоящее время наиболее отработанными являются приемы синтеза ПКП сдвумя степенями свободы.В предлагаемом учебном пособии на конкретном примере будет подробнорассмотрена вся последовательность синтеза ПКП с двумя степенями свободы начетыре передачи переднего и одну – заднего хода со всеми необходимыми пояснениями и комментариями.1.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕДля того, чтобы приступить к синтезу ПКП, необходимо иметь конкретноекинематическое задание.Как правило, это ряд передаточных чисел трансмиссии транспортной или тяговой машины, для которой выполняется синтез схемы ПКП. Требуется из заданного ряда передаточных чисел трансмиссии выделить ряд передаточных чисел самойПКП, являющейся составной частью трансмиссии. Для этого, прежде всего, необходимо решить, будет ли синтезируемая ПКП иметь, так называемую, прямую передачу. Следует отметить, что наличие прямой передачи, получаемой блокировкой ПКПс помощью блокировочного фрикциона, позволяет уменьшить число планетарныхмеханизмов (ПМ) в двухстепенной ПКП на один.

Кроме того, на прямой передаче вПКП достигается максимальное значение коэффициента полезного действия (КПД)из-за отсутствия на этой передаче относительных движений зубчатых колёс в ПМ.Заметим, что подавляющее большинство реально выполненных и применяемыхПКП транспортных и тяговых машин имеют прямую передачу.Далее, следует решить, какая передача ПКП будет прямой. Очевидно, этодолжна быть одна из передач переднего хода, причем, статистически, наиболееупотребительная, на которой данная машина работает большую часть времени. Длябыстроходных транспортных машин в качестве прямой передачи чаще всего выбирают высшую передачу переднего хода. Для тяговых, тихоходных, например землеройных машин, целесообразно прямой передачей сделать низшую (первую) передачу переднего хода, как наиболее употребительную, на которой выполняются самыетяжёлые работы.

В любом случае, нежелательно для ПКП с двумя степенями свободы выбирать в качестве прямой какую-либо из промежуточных передач, так как этонеизбежно приведет к слишком высоким относительным угловым скоростям основ4ных звеньев синтезируемой ПКП и, вследствие этого, к высоким относительным угловым скоростям сателлитов ПМ, а, значит и к снижению надежности и долговечности всей ПКП.Решив вопрос с выбором прямой передачи, приступают к определению передаточных чисел остальных (непрямых) передач ПКП.В случае однопоточной трансмиссии, где все ее основные агрегаты, узлы имеханизмы соединены последовательно, достаточно передаточные числа трансмиссии разделить на передаточное число высшей (если прямая передача ПКП – высшая)или низшей (если прямая передача – низшая) передачи этой трансмиссии. Если жетрансмиссия двухпоточная, то есть такая, в которой мощность от двигателя машинык ее движителю при прямолинейном движении передается двумя потоками, например, выполненная по типу механизма передач и поворота (МПП), следует сначалаопределить постоянное передаточное число дополнительного привода и через уравнение кинематической связи суммирующего планетарного механизма вычислитьряд передаточных чисел ПКП в составе этого МПП.

При наличии прямой передачи вПКП придется еще подобрать передаточное число согласующего редуктора междудвигателем и ПКП.Перейдем к рассмотрению примера синтеза ПКП с двумя степенями свободына четыре передачи переднего и одну передачу заднего хода (+4; −1).В результате проектного тягового расчета получены значения передаточныхчисел трансмиссии, то есть отношений угловой скорости вала двигателя к угловойскорости ведущих колес на каждой передаче однопоточной трансмиссии быстроходной транспортной машины при её прямолинейном движении:I ЗХ = −35,0; I I = 28,0; I II = 17,5; I III = 11,6(6); I IV = 7,0.Получим ряд передаточных чисел самой ПКП, полагая, что прямая передача –высшая (четвертая), разделив каждое передаточное число трансмиссии на 7,0 – передаточное число трансмиссии па высшей передаче:iЗХ = −5,0; iI = 4,0; iII = 2,5; iIII = 1,6(6); iIV = 1,0.Совершенно очевидно, что произведение постоянных передаточных чисел остальных агрегатов трансмиссии (кроме ПКП) равно 7,0.Примем, что угловая скорость ведущего (входного) вала ПКП постоянна иравна 1,0 ( ωд = 1,0 ).Вычислим значения угловых скоростей ω х ведомого (выходного) вала ПКП.Для этого нужно величину угловой скорости ведущего вала, принятую равной единице, разделить на передаточные числа ПКП:ω х ЗХ = −0,2; ω х I = 0,25; ω х II = 0,4; ω х III = 0,6; ω х IV = 1,0 .Формирование минимально необходимого набора исходных данных (передаточные числа ПКП и угловые скорости ведомого вала ПКП на всех рабочих передачах) для синтеза ПКП завершено.52.

ПЛАН УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙОСНОВНЫХ ЗВЕНЬЕВ ПКППлан угловых скоростей основных звеньев ПКП представляет собой графическое изображение угловых скоростей всех основных звеньев ПКП (центральныхзубчатых колёс – солнечных и эпициклических, а также водил), как функций независимой переменной (аргумента), в качестве которой выбирается угловая скоростьведомого вала ω х . План скоростей строится в прямоугольных (декартовых) координатах ( ω х 0 ω ). Для построения плана скоростей в масштабе, в первом квадрантеопределяется масштабная точка е с координатами: 1,0; 1,0.План угловых скоростей основных звеньев ПКП (рис.1) строится следующимобразом. Поскольку угловая скорость ведущего вала д и связанных с ним звеньевПМ принята постоянной и равной 1,0, то через масштабную точку е в первом и втором квадрантах проводится горизонтальный луч с ординатой 1,0.

Этому лучу присваивается индекс д (двигатель).Рис.1. План скоростей основных звеньев ПКП6Через масштабную точку е и начало координат 0 в первом и третьем квадрантах проводится луч угловой скорости ведомого вала х ПКП и связанных с нимзвеньев ПМ.Этому лучу присваивается индекс х (ход).Затем, через масштабную точку е и точки оси абсцисс, соответствующие значениям угловых скоростей ω х ведомого вала ПКП на передаче заднего хода (ЗХ) ина I, II, III передачах переднего хода (ПХ) (см. с.5), проводятся лучи угловых скоростей тормозных звеньев ПКП, с помощью которых и получают все непрямые передачи ПКП.Действительно, из плана скоростей видно, что, останавливая поочередно этитормозные звенья, мы будем обеспечивать ведомому валу скорости, соответствующие непрямым передачам.

Присвоим лучам угловых скоростей тормозных звеньевиндексы 1, 2, 3, 4. Торможение звена 1 обеспечивает первую передачу (I), торможение звена 2 обеспечивает вторую передачу (II), торможение звена 3 обеспечиваеттретью передачу (III), а торможение звена 4 обеспечивает передачу заднего хода(ЗХ).Напомним, что четвертую (высшую) прямую передачу (IV) мы будем получать блокировкой ПКП посредством блокировочного фрикциона, устанавливаемогомежду какими-либо двумя основными звеньями ПКП. На прямой передаче в ПКПуравниваются угловые скорости всех её основных звеньев, что соответствует масштабной точке е на плане скоростей.Через точки оси абсцисс, соответствующие нулевым угловым скоростям тормозных звеньев на непрямых передачах (ЗХ, I, II и Ш) и через проекцкаждой передаче ПКП, проведем вертикальные пунктирные линии и отметим на них номера передач. Значения ординат точек пересечения лучей основных звеньев ПКП с каждойпунктирной вертикалью соответствуют величинам абсолютных угловых скоростейэтих звеньев на соответствующей передаче.Заметим, что состояние ПКП на оси ординат соответствует стоповому режимуПКП или, что же самое, режиму трогания машины с места ( ω х = 0 ) при работаю-щем двигателе ( ωд = 1,0 ).Для удобства дальнейшей работы с планом скоростей ПКП, используя подобие треугольников на плане скоростей, вычислим значения ординат или абсолютных угловых скоростей основных звеньев на передаче заднего хода.

Из рис.1 видно,что именно на этой передаче относительные угловые скорости основных звеньевили разности ординат максимальны.Настоятельно рекомендуется с помощью подобных треугольников определитьзначения ординат лучей угловых скоростей основных звеньев ПКП на всех передачах, это помогает немедленному выявлению возможных ошибок, которые могутбыть допущены при дальнейших действиях по синтезу ПКП и последующему кинематическому анализу.73. ОБРАЗОВАНИЕ ПМ ИЗ ПЛАНА СКОРОСТЕЙНа плане скоростей имеется шесть лучей угловых скоростей шести основныхзвеньев синтезируемой ПКП, другими словами, в ПКП будет звено д – ведущее, х –ведомое и 1, 2, 3, 4 – тормозные. Любые три луча плана скоростей (три основныхзвена) образуют элементарный планетарный механизм (ЭПМ) с тремя основнымизвеньями (двумя центральными зубчатыми колёсами и одним водилом), поэтомувозможное число троек лучей (звеньев) для синтеза ПКП при шести основныхзвеньях определяется числом сочетаний из 6 по 3:С63 =6!1⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 4 ⋅ 5 ⋅ 6== 20 .3!(6 − 3)! 1 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 1 ⋅ 2 ⋅ 3Каждая тройка лучей (звеньев) позволяет образовать:− один ЭПМ с одновенцовыми сателлитами и центральными зубчатыми колесами – солнцем и эпициклом;− один ЭПМ с двухвенцовыми сателлитами, солнцем и эпициклом;– два ЭПМ с двухвенцовыми сателлитами и двумя солнцами;− два ЭПМ с двухвенцовыми сателлитами и двумя эпициклами;– два ЭПМ с парными сателлитами, солнцем и эпициклом;− один ЭПМ с парными сателлитами и двумя солнцами;− один ЭПМ с парными сателлитами и двумя эпициклами.Другими словами, каждая тройка лучей (звеньев) позволяет использовать длясинтеза ПКП десять различных ЭПМ, а всего, поскольку имеется двадцать сочетаний – двести ЭПМ.Для синтеза пятискоростной ПКП на четыре передачи переднего и одну передачу заднего хода минимально необходимо использовать всего четыре ЭПМ.