Задание № 145. Проектирование и исследование механизмов автомобиля с гидромеханической трансмиссией
Легковой автомобиль среднего класса оснащен четырехтактным четырехцилиндровым бензиновым двигателем (ДВС) (рис. 145, а) и гидромеханической передачей (ГМП), которая состоит из гидродинамического трансформатора (ГДТ) крутящего момента и планетарной коробки передач (ПКП). Крутящий момент от ГМП к колесам (К) передается с помощью карданного вала (КВ) через главную передачу (ГП) и дифференциал Д.
Основной механизм двигателя состоит из четырех одинаковых кривошипно-ползунных механизмов, расположенных под углом 20° к вертикали на одном коленчатом валу со сдвигом в 180° (рис. 145, б), где 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - поршень; 4 - клапан; 5 - коромысло; 6 - кулачок; 7 - цепная передача. Рабочий цикл в каждом цилиндре двигателя совершается за два оборота коленчатого вала и характеризуется индикаторной диаграммой, данные для построения которой приведены в табл. 145.1. Порядок чередования процессов в цилиндрах двигателя представлен в табл. 145.2.
Управление процессом газораспределения осуществляется клапанами, приводимыми в движение кулачками на распределительном валу, кинематически связанном с коленчатым валом через цепную передачу (см. рис. 145, б). Движение от кулачка на клапан передается посредством качающегося толкателя (коромысла). Закон изменения ускорения клапана соответствует графику на рис. 145, в.
Система смазки двигателя принудительная. Давление в ней создается с помощью шестеренчатого насоса, приводимого от коленчатого вала (на рис. 145 не показан). Гидродинамический трансформатор состоит из насосного колеса Н (см. рис. 145, а), жестко соединенного с маховиком двигателя М, и турбинного колеса Т, закрепленного на входном валу планетарной коробки передач. Полость гидротрансформатора заполнена специальной жидкостью, которая разгоняется лопатками насосного колеса и направляется на лопатки турбинного колеса. При этом происходит увеличение крутящего момента, которое отображается безразмерной характеристикой коэффициента трансформации К = МТ / МН в зависимости от передаточного отношения UГДТ = wT / wH (рис. 145, г).
При проектировании следует считать известными параметры, приведенные в табл. 145.3.
Задание на проектирование:
1. Определить скорость автомобиля на установившемся режиме при постоянном сопротивлении движению.
2. Провести силовой анализ кривошипно-ползунного механизма двигателя за цикл.
3.
Спроектировать зубчатую пару масляного
насоса двигателя и подобрать числа
зубьев z3 , z4 ,
z5
планетарного ряда в ПКП
(
0,75 UПКП
, модуль
колес принять m
= 1 мм).
4. Спроектировать кулачковый механизм привода клапанов двигателя при условии получения минимальных габаритов.
П р и м е ч а н и я:
а) наличие в трансмиссии ГДТ, в котором передача крутящего момента осуществляется посредством жидкости, не позволяет использовать одномассную динамическую модель;
б) крутящий момент на насосном колесе за цикл работы двигателя можно считать постоянным.
Т а б л и ц а 145.1
Данные для построения индикаторной диаграммы
Положение поршня |
S/H |
0 |
0,025 |
0,05 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
|||||||||
Расширение |
|
0,69 |
1,0 |
|
0,59 |
0,328 |
0,214 |
0,148 |
0,1 |
0,079 |
0,069 |
0,062 |
0,043 |
0,04 |
|||||||||
Выпуск |
pi |
|
|
|
|
0,013 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
Всасывание |
____ pmax |
|
|
|
|
-0,013 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
Сжатие |
|
0,626 |
|
0,36 |
0,26 |
0,13 |
0,061 |
0,024 |
0,013 |
0,009 |
-0,002 |
-0,008 |
-0,01 |
-0,013 |
|||||||||
Т а б л и ц а 145.2
Чередование процессов в цилиндрах двигателя
Угол поворота коленчатого вала, град |
1-й цилиндр |
2-й цилиндр |
3-й цилиндр |
4-й цилиндр |
0 - 180 |
Расширение |
Сжатие |
Выпуск |
Всасывание |
180 - 360 |
Выпуск |
Расширение |
Всасывание |
Сжатие |
360 - 540 |
Всасывание |
Выпуск |
Сжатие |
Расширение |
540 - 720 |
Сжатие |
Всасывание |
Расширение |
Выпуск |
Т а б л и ц а 145.3
Исходные данные для проектирования
№ п/п |
Величина |
Еди-ница |
Числовые значения величин для вариантов |
|||||
|
|
изме-рения |
А |
Б |
В |
Г |
Д |
|
1 |
Средняя скорость поршня VC cp |
м/с |
13,5 |
13,4 |
12,3 |
13,8 |
14,5 |
|
2 |
Отношение длины шатуна к длине кривошипа lBC/lAB |
— |
3,8 |
4,2 |
3,6 |
3,2 |
4,5 |
|
3 |
Отношение расстояния от точки В до центра масс шатуна к длине шатуна lBS2/lBC |
— |
0,26 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
|
4 |
Диаметр цилиндра d |
м |
0,082 |
0,082 |
0,082 |
0,082 |
0,082 |
|
5 |
Частота вращения коленчатого вала при номинальной нагрузке w1 |
1/с |
607 |
600 |
550 |
620 |
650 |
|
6 |
Максимальное давление в цилиндре на заданном режиме движения pmax |
МПа |
1,64 |
1,62 |
1,3 |
1,45 |
1,35 |
|
7 |
Масса шатуна m2 |
кг |
0,8 |
0,85 |
0,85 |
0,75 |
0,95 |
|
8 |
Масса поршня m3 |
кг |
0,75 |
0,75 |
0,75 |
0,75 |
0,75 |
|
9 |
Момент инерции коленчатого вала, маховика и насосного колеса с частью жидкости J1 |
кг×м2 |
0,127 |
0,127 |
0,127 |
0,127 |
0,127 |
|
10 |
Момент инерции шатуна относительно оси, проходящей через ц. м. шатуна J2S |
кг×м2 |
0,0075 |
0,008 |
0,0075 |
0,007 |
0,008 |
|
11 |
Передаточное отношение ПКП uпкп |
— |
2,5 |
3,0 |
3,2 |
3,5 |
4,0 |
|
12 |
Передаточное отношение главной передачи uГП |
— |
4,22 |
4,22 |
4,22 |
4,22 |
4,22 |
|
13 |
Радиус колеса автомобиля rK |
м |
0,293 |
0,293 |
0,293 |
0,293 |
0,293 |
|
Окончание табл. 145.3
№ п/п |
Величина |
Еди-ница |
Числовые значения величин для вариантов |
|||||
|
|
изме-рения |
А |
Б |
В |
Г |
Д |
|
14 |
Суммарная сила сопротивления движению автомобиля, приложенная к ведущим колесам Pсопр |
Н |
2000 |
2500 |
2000 |
2500 |
2000 |
|
15 |
Коэффициент неравномер-ности вращения коленчатого вала на заданном режиме движения d |
— |
0,05 |
0,0135 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
|
16 |
Угловая координата кривошипа для силового расчета j1 |
град |
30 |
60 |
120 |
240 |
330 |
|
17 |
Высота подъема клапана h |
м |
0,009 |
0,01 |
0,008 |
0,009 |
0,01 |
|
18 |
Координаты взаимного расположения распределительного вала и коромысел клапанов: a b |
м м |
0,036 0,025 |
0,036 0,025 |
0,036 0,025 |
0,036 0,025 |
0,036 0,025 |
|
19 |
Отношение длин плеч коромысла c1 / c2 |
— |
1 |
1 |
0,7 |
1,5 |
1,75 |
|
20 |
Максимально допустимый угол давления в кулачковом механизме Jдоп |
град |
30 |
30 |
30 |
45 |
45 |
|
21 |
Соотношение между ускорениями толкателя g |
— |
3,0 |
3,5 |
3,2 |
3,0 |
3,5 |
|
22 |
Числа зубьев колес масляного насоса z1=z2 |
— |
8 |
10 |
12 |
8 |
10 |
|
23 |
Угол наклона линии зуба b |
град |
10 |
15 |
20 |
15 |
10 |
|
24 |
Модуль m колес z1, z2 |
мм |
3,0 |
3,0 |
3,0 |
5,0 |
5,0 |
|
25 |
Рабочий угол профиля кулачка dраб |
град |
120 |
140 |
110 |
120 |
120 |
|
26 |
Радиус сферической части коромысла клапана RЕ |
м |
0,01 |
0,015 |
0,01 |
0,015 |
0,01 |
|
27 |
Число сателлитов в планетарной коробке передач k |
— |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
|
Рис. 145