projektovanje sa stanovista menjackog prenosnilka 1a

PROJEKTOVANJE VOZILA SA STANOVIŠTA MENJAČKOG

PRENOSNIKA SNAGE

MaMaššinski fakultet u Beograduinski fakultet u Beogradu

Katedra za motorna vozilaKatedra za motorna vozila

Projektovanje vozila 1Projektovanje vozila 1

ProfProf. Dr . Dr Dragan AleksendriDragan Aleksendrićć

PROJEKTOVANJE VOZILA - MENJAČKI PRENOSNICI SNAGE

Osnovni zadatak menjačkog prenosnika snage je da pri prenosu snage izvrši promenu njenih parametara tj. OBRTNOG MOMENTA i BROJA OBRTAJA dovodeći ih na nivoe koji odgovaraju trenutnim potrebama pogonskog mosta odnosno trenutnim VREDNOSTIMA OTPORA na pogonskim kretačima.

Osim ovog osnovnog zadatka, menjački prenosnik omogućuje kretanje vozila unazad i prekid toka snage pri uključenoj spojnici.

Motor

Spojnica

MenjaMenjaččki ki prenosnik prenosnik

snagesnage Zglobno vratilo

Pogonski kretači

Pogonski most








Nikada ne treba zaboraviti da je vozilo deo jednog vrlo složenog sistema VOZAČ-VOZILO-OKOLINA.Performanse vozila se ne mogu posmatrati nezavisno od vozača i okoline u kojoj vozilo izvršava svoju fukciju cilja.

U opštem slučaju performanse vozila ili njegove izlazne karakteristike odredjuju stepen ispunjenja tzv. funkcije cilja vozila, odnosno njegov upotrebni kvalitet.

Za transportna vozila jedan od osnovnih pokazatelja njihove funkcionalnosti je brzinabrzinakretanja, odnosno njena maksimalna vrednost kao i vreme potrebno za njeno dostizanje (ubrzanjeubrzanje), potrošnja goriva i uticaj na životnu okolinu i dr.

Ocena sposobnosti jednog vozila u pogledu dostizanja makismalne brzine i ubrzanja u pojedinim stepenima prenosa se može dobiti analizom vučnog dijagrama odnosno preko dinamičke karakteristike vozila.

Izuzetno važan uticaj na buduće performanse vozila imaju sinergijski efekti karakteristika pogonskog agregata vozila, glavne frikcione spojnice i sistema za prenos snage.



Osnovni zadaci sistema za prenos snage:

Omogućuje pokretanje vozila iz mesta.

Omogućuje zaustavljanje vozila prekidom toka snage u menjačkom prenosniku.

Omogućuje kontrolisano pokretanje vozila sa različitim vrednostima ubrzanja.

Omogućuje promenu ugaone brzine izmedju pogonskog agregata i pogonskih kretača kao i odnos izmedju ovih ugaonih brzina.

Omogućuje prenos obrtnog momenta na odredjene kretače.





Pored osnovnog zadatka menjačkog prenosnika snage da pri prenosu snage izvrši promenu njenih parametara tj. OBRTNOG MOMENTA i BROJA OBRTAJA dovodeći ih na nivoe koji odgovaraju trenutnim potrebama pogonskog mosta odnosno trenutnim VREDNOSTIMA OTPORA na pogonskim kretačima, izbor vrste menjačkog prenosnika je usko vezan i sa:

Usvojenom koncepcijoma gradnje vozila.

Veličinom vibracija koje se javljaju tokom prenosa snage.

Željenom krutosti sistema za prenos snage a posebno krutosti vozila, kao celine, u toku sudara vozila.

Ponašanjem vozila tokom sudara posebno u slučaju vozila sa prednjom pogonskom osovinom,

Veličinom, oblikom i orjentacijom sistema za prenos snage u pogledu narušavanja integriteta prostora za putnike tokom sudara.









Broj obrtajapogonskog agregata

Broj obrtaja frikcionog diska

tukl- vreme uključenja spojnice

Promena temperature u

kontaktu frikcionog para

M

T

n

t

Moment nošenja spojnice

Ulazni obrtni momet u menjački prenosnik

Ulaz u menjački prenosnik

PROJEKTOVANJE VOZILA - ZUPČANIČKI MENJAČKI PRENOSNICI SNAGE

Ulaz u glavnu frikcionu spojnicu

Spoljna brzinska karakteristika

pogonskog agregata





RRψψ (N)(N)

vv

200200

400400

600600

800800

10001000

12001200

140 km/h140 km/h

SUV 4x4SUV 4x4

Rover miniRover mini

VW LupoVW Lupo

Vozilo srednje veličine


Ravnoteža vučnih sila i sila otpora

Motor

SpojnicaSpojnicaMenjački

prenosnik

Pogonski kretači

Pogonska (obimna) sila

22 1sincos

dM

d

ukp

rdtdvJ

gdtGdvGGfKAv

riMe

±±++= ααη





?


Motor

SpojnicaSpojnicaMenjački

prenosnik

Pogonski kretači

Pogonska (obimna) sila





?

ed

ompo MC

riiMe

F ⋅==η

eom

ed Cii

rv ω

ω⋅=⋅

⋅= 1

Obimna (pogonska) sila i brzina kretanja vozila





Motorna vozila su pri svom kretanju izložena dejstvu različitih sila koje se razlikuju ne samo po karakteru i načinu dejstva već i po uticajima koje izazivaju na kretanje vozila i njegove performanse.

U tom smislu treba razlikovati:

pogonske sile koje teže da ubrzaju vozilu, isile otpora koje se suprostavljaju kretanju, odnosno teže da ga uspore.Pri ubrzanom kretanju vozila na usponu na vozilo deluju:

uticaj zemljine teže,

otpor kotrljanju,

otpor vazduha,

otpor savladjivanja uspona,

sila inercije vozila.






Dakle, kretanju vozila se uvek suprostavljaju neki otpori.Time pogonske sile koje se od pogonskog agregata – motora dovode na pogonske kretače

treba da budu veće ili jednake silama otpora ali i manje ili jednake maksimalnim silama (raspoloživim silama) prianjanja izmedju kretača i podloge po kojoj se vozilo kreće.

Pogonske sile su sa jedne strane ograničene karakteristikama pogonskog agregata i ostalih elemenata u sistemu za prenos snage a sa druge strane raspoloživim prijanjanjem.

Da bi mogli da procenimo uspešnost rešenja sistema za prenos snage a u vezi sa iskorišćenjem raspoložive snage motora odnosno snage na pogonskim točkovima uobičajeno je da se analizira tzv. idealna hiperbola vuče koja predstavlja odnos vučne sile i brzine kretanja za uslov da je Po=const.

Idealna hiperbola vuče se odnosi na vozila u koja bi bio ugradjen “idealan menjački prenosnik” sa beskonačno mnogo stepeni prenosa a čiji se odnosi menjaju po zakonu hiperbole.

U praksi je često izbor menjačkog prenosnika odredjen onim što je raspoloživo na tržištu.







ed

ompo MC

riiMe

F ⋅==η

eom

ed Cii

rv ω

ω⋅=⋅

⋅= 1

Dijagram vuče

v

Fo

RfRv

Rw

Fo1

Fo2

Fo3

Fo4

Fo5

U1

U2

U3

U4

IDEALNA HIPERBOLA

VUČE


PRENOS SNAGE SA MOTORA NA KRETAČE




FwRvRfFo ++=ViViššak sile vuak sile vučče e ϕ⋅= MZFomax

Uslovi prijanjanja Uslovi prijanjanja

g

Rvv

Pe

G

Rvr

iiMe

GRvFoD d

m−

=−

⋅⋅

=−

=

ηη 0

DinamiDinamiččka karakteristika ka karakteristika


⋅+=⋅±+

=−

=gdtdv

GgdtGdv

GGGf

GRvFoD δψδαα 1sincos

δαα ⋅±+=−gdtGdvGGfRvFo sincos







Potreba ugradnje menjačkih prenosnika koji su raspoloživi na tržištu (kod dobavljača) je odredjena činjenicom da je razvoj novih i/ili modifikacija postojećih menjačkih prenosnika povezan sa visokim troškovima.

Postoje situacije u kojima je neophodno razviti potpuno nov menjački prenosnik.

Veliki uticaj na izbor menjačkog prenosnika imaju raspoloživi finansijski resursi kao i broj vozila koja se godišnje proizvode.

Pored svega potrebno je uzeti u obzir:

Zahtevane performanse vozila.

Osovinska opterećenja vozila.

Ograničenja koja postoje u pogledu izbora i/ili projektovanja novog sistema za prenos snage.

Raspoloživost pojedinih vrsta menjačkih prenosnika.







Izbor prenosnih odnosa u menjačkom i glavnom prenosniku treba da bude odredjen tako da se ostvare potrebne vučno dinamičke karakteristike vozila.

Izbor najvišeg i najnižeg stepena prenosa ne zavisi samo od ugradjenog pogonskog agregata (spoljna brzinska karakteristika) već i od mase vozila, odnosno bilo kojeg otpora koji se očekuje da će vozilo morati da savlada.

Zbog toga odnos maksimalne snage pogonskog agregata i mase vozila u opterećenom stanju mora biti poznat (odnos jedinične snage po jedinici mase).

Na primer, putničko vozilo ukupne mase od 1200 kg i maksimalne snage pogonskog agregata od 120 KW ima odnos snage i mase 0,1 KW/kg odnsno 100 KW/toni. Tegljač ukupne mase od 38 tona sa motorom od 280 KW ima odnos snage i mase 0,00736 KW/kg, odnosno 7,36 KW/toni.

Pored odnosa snage i mase vozila za odredjivanje broja stepeni prenosa u menjačkom prenosniku važna je i veličina raspona u kojem se stepeni prenosa moraju nalaziti a koji zavisi od maksimalnog usponamaksimalnog uspona koje vozilo treba da savlada, sa jedne strane, i maksimalne brzinemaksimalne brzinekoju vozilo treba da postigne u poslednjem stepenu prenosa (za prethodno odredjenu vrednost uspona koje vozilo treba da savlada u poslednjem stepenu prenosa, 0.2%, na primer).







Zahtev u odnosu na maksimalnu vrednost uspona i maksimalna projektovana brzina odredjuju najviši i najniži stepen prenosa u menjačkom prenosniku.

Vrednost opsega u kojem trebaju da se nalaze prenosni odnosi u menjačkom prenosniku se odredjuje kao odnos brzine vozila u najvišem stepenu prenosa i brzine vozila u najnižem stepenu prenosa (pri približno istoj ugaonoj brzini pogonskog agregata).

Putnička i laka dostavna vozila imaju ovaj odnos oko 3,5 :1 (ako je najviši stepen prenosa direktni) odnosno 4,5:1 za vozila sa over-drive-om.

Privredna vozila ovaj odnos imaju izmedju 7,5 : 1 do 10:1.Vozilo Stepen prenosa Prenosni odnos

Brzina (km/h) pri 1000 0/min

PutničkoPoslednji

Prvi

0,7

2,9

39

9,75

Poslednji

Prvi

1

6,3548

6Privredno

4,0:1

8,0:1





Brz

ina

u km

/h

Ugaona brzina motora

Obr

tni m

omen

t /N

m/

Spec

ifičn

a po

troš

nja

goriv

a (k

g/K

Wh)

Maksimalni obrtni moment

Promen

a snag

e

motora

Specifična potrošnja goriva

Pogonski agregati privrednih vozila imaju izraženo dobar koeficijent elastičnosti po obrtnom momentu, s obzirom na veliko ukupno opterećenje ovih vozila.

Koeficijent elastičnosti motora po obrtnom momentu ili procenat porasta obrtnog momenta se izračunava kao odnos maksimalnog obrtnog momenta i momenta pri maksimalnoj snazi motora.

Procentulani porast obrtnog momenta može biti u vrlo širokom opsegu od 5% do 50%, medjutim, najčešće se kreće u opsegu od 15% do 30%.

Visok procenat porasta obrtnog momenta u fazi smanjenja ugaone brzine motora obezbedjuje mnogo bolje sposobnosti vozila da savlada iznenadne poraste otprora tokom kretanja vozila.

U slučaju malog porasta obrtnog momenta, zahteva se mnogo češća promena stepena prenosa u menjačkom prenosniku u poredjenju sa vozilima sa dobrom elastičnošću motora.

max

max

PeM M

MeK =

Područje minimalne potrošnje goriva

Minimalna potrošnja





Brz

ina

u km

/h

Ugaona brzina motora

Obr

tni m

omen

t /N

m/

Spec

ifičn

a po

troš

nja

goriv

a (k

g/K

Wh)


Promen

a snag

e

motora

Specifična potrošnja gorivaVožnja treba biti prilagodjena osobinama pogonskog agregata tako da ugaona brzina pogonskog agregata treba da bude u opsegu promene odredjenog brzinom pri maksimalnom obrtnom momentu i brzinom pri maksimalnoj snazi.

Minimalna potrošnja, minimalna buka i najmanje habanje pogonskog agregata se ostvaruje u opsegu koji je odredjen izmedju ugaonih brzina motora pri maksimalnom obrtnom momentu motora i minimalnoj potrošnji goriva, kada vozilo ostvaruje najbolje vučne karakteristike.

max

max

PeM M

MeK =

Područje minimalne potrošnje goriva






Za putnička vozila koja imaju širi opseg promene broja obrtaja pogonskog agregata (1000-6000 o/min) kod kojih su maksimalne brzine vozila preko 160 km/h potrebno je ići na veći broj stepeni prenosa ( šest,...) u odnosu na tradicionalne petostepene menjačke prenosnike.

U takvim slučajevima prenosni odnos u petom a vrlo često i čevrtom stepenu prenosa je tzv. over-drive tj. prenosni odnos je manji od jedan (nema redukcije brzine nego njene multuplikacije).

Povećanje broja stepena prenosa u menjačkom prenosniku ima nekoliko prednosti:ne samo da se postiže bolje ubrzanje vozila i smanjuje maksimalna ugaona brzina motora u poslednjem stepenu prenosa, nego se

smanjuje potrošnja goriva kao i buka i habanje motora.

Stepen prenosa Prenosni odnos Stepen prenosa Prenosni odnos

5

4

3

2

1

R

4

3

2

1

R

PETOSTEPENIPETOSTEPENI

PETOSTEPENI0,8

1

1,4

2

3,5

3,5

ČČČETVOROSTEPENI

ETVOROSTEPENI

ETVOROSTEPENI1

1,3

2,1

3,4

3,5





PROJEKTOVANJE VOZILA - ZUPČANIČKI MENJAČKI PRENOSNICI SNAGEIdealna hiperbola vuče

Maksimalna pogonska sila-proklizavanje točkova

Pogo

nska

sila

(KN

)

Brzina vozila (km/h)

Promena raspoložive pogonske sile

U opštem slučaju promena pogonske sile je obrnuto proporcionalnapromeni brzine vozila tj. sa porastom brzine vozila raspoloživa sila pogona vozila se smanjuje.

S obzirom da je broj stepeni prenosa u menjačkom prenosniku ograničen, stvarna promena sile pogona vozila nije kontinualna većprekidna-skokovita, praćena gubicma raspoložive snage koju daje pogonski agregat usled promene stepena prenosa.

Ovo je naročito izraženo kod privrednih vozila sa malim jediničnim odnosom snaga/masa gde se traži veči broj stepeni prenosa inače bi imali vrlo velike gubitke snage.

Gubici

Brzina vozila (km/h)

Uga

ona

brzi

na m

otor

a

Maksimalna brzina

Maksimalni moment

Opseg visokih performansiOpseg ekonomične potrošnje






Glavni menjački prenosnik sa dvostepenim dopunskim menjačkim prenosnikom

Uvodjenjem dopunskog menjačkog prenosnika se uvećava ukupni broj stepena prenosa.

Dopunski menjački prenosnik

Tok snage

Niži stepeni prenosa

Viši stepeni prenosa





Brzina (km/h)

%M

aksi

mal

na s

naga

mot

ora

Mom

ent m

otor

a

Analiza uticaja uvodjenja over-drive stepena prenosa u odnosu na direktni stepen prenosa (prenosni odnos je 1).

Linearni porast snage motora

Maksimalna brzina u direktnom stepenu prenosaPr

omen

a sn

age

otpo

ra

Promena momenta motora

Specifična potrošenja goriva

Rezerva snagepri 70 km/h





PPoo PoPo11

PoPo22PoPo33

PoPo44

vv

PaPvPPePo p ±+=⋅= ψη

PR1

PuPvPfPR ++=

PPRRPR2

PR3

vMax1 vMax2 vMax3 vMax4

vMax

Prenosni odnos u glavnom prenosniku treba biti odabran tako da se omogući dostizanje maksimalne brzine vozila u trenutku maksimalne snage motora ili 10-20% posle toga.

Ako pretpostavimo da su linearne brzine pogonskih točka i vozila iste sledi:

10-20%

gde je:

d-dinamički prečnik točka (m),

v- brzina vozila pri maksimalnoj snazi motora (km/h),

n- broj obrtaja motora (o/min),

i0- prenosni odnos

v

ndi

⋅⋅=

π06,00





PPoo PoPo

vv

PPRR

PR

vMax= 150 km/h

Za vozilo čija je projektovana maksimalna brzina 150 km/h na koje treba da se ugradi pogonski agregat koji ostvaruje maksimalnu snagu pri 6000 o/min i na koji su ugradjeni pneumatici čiji je dinamički prečnik točka 0,54 m, prenosni odnos u glavnom prenosniku bi bio:

1:07,4150

600054,0314,006,006,00 =⋅⋅

⋅=⋅⋅

=v

ndi

π

Ako prenosni odnos u poslednjem stepenu prenosa nije 1 onda se analizira odnosi na ukupni prenosni odnos

mppu iii ⋅= 0





PoPo

vv

PR

vMax= 150 km/h

Prenosni odnos u prvom stepenu prenosa zavisi od maksimalnog opterećenja vozila i maksimalnog uspona koje vozilo treba da savlada. U principu postoje dva zahteva:

Da vozilo bude u stanju da savlada traženi uspon, i

Da vozilo ima mogućnost da se kreće nekom minimalnom brzinom kretanja.

PuPfPR +=

MeMeMaxMax

Da bi vozilo moglo da savlada neki uspon ono mora raspolagati nekom odredjenom pogonskom silom Fo

d

IpMax

riiMe

Fo⋅⋅⋅

= 0η

0

max

iMerG

ipMax

dI ⋅⋅

⋅⋅=

ηψ

ϕ⋅=≤ MI ZFoFo maxProveriti sa stanovišta

prijanjanja





PPoo PoPo

vv

PPRR

PR

vMax= 150 km/h

Kada se odredi prenosni odnos u prvom stepenu prenosa, pristupa se odredjivanju poslednjeg stepena prenosa.

PuPfPR +=

MeMeMaxMax

Poslednji stepen prenosa je najčešće direktni (jednak 1) medjutim, kod menjačkih prenosnika sa dva vratila sa pogonom na prednjoj osovini, prenosni odnos u poslednjem stepenu prenosa je često manji od jedan. U tom slučaju prenosni odnos u poslednjem stepenu prenosa treba biti izabran u skladu sa izračunatim ukupnim prenosnim odnosom vodeči računa o dinamičkim karakteristikama vozila u ostalim stepenima prenosa da se obezbedi što veće približenje idealnoj hiperboli vuče.





PPoo

PePe22

ωω

PPRR

Za izbor prenosnih odnosa u ostalim stepenima prenosa najčešće se koristi postupak izjedanačavanja maksimalnih brzina u prethodnom stepenu prenosa i minimalnih brzina u narednom stepenu prenosa. PePe11

ωωe1e1ωωe2e2

vv00

vvII

vvIIII

II

e

I

e

oII

ed

oI

edIIMinIMax iiii

rii

rvv 1212 ωωωω

==⋅

=⋅⋅

==


Minimalna potrošnja





Ako se promena stepena prenosa vrši u jednom istom intervalu onda se prenosni odnosi menjaju po zakonu geometrijskog reda sa količnikom q.

qii

ii

ii

IV

III

III

II

II

I

e

e ====1

2

ωω

Radni opseg

Brzina (km/h)

Uga

ona

brzi

na

mot

ora

(o /min

)

stepen

Dobijeni prenosni odnosi se obično koriguju zbog:

Uskladjenja broja zuba zupčanika i diktiranog osnog rastojanja menjačkog prenosnika, i

Potrebnog vremena za ostvarenje promene stepena prenosa.

Pored geometrijske progresije raspored stepeni prenosa može biti zasnovan i na aritmetičkom ili harmonijskom redu.


projektovanje sa stanovista menjackog prenosnilka 1a

Documents

poslednjem stepenu prenosa

ma mainski fakultet

dr dragan aleksendri

menjaki prenosnici snage

specifina potronja goriva

ugaona brzina motoraprof

menjaki prenosnik

prenosni odnos