Izbor Prenosnih Odnosa

FTN Novi Sad

Katedra za motore i vozila

Teorija kretanja drumskih vozila

Izbor prenosnih odnosa

Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa menjača

Ciljevi:

• Performanse vozila:

• Potrebno je izabrati broj prenosnih odnosa i njihove vrednosti

• Uskladiti karakteristike motora i menjača! (“Powertrain Matching”)(“Powertrain Matching”)

• Što bolje ubrzanje

• Što manja potrošnja goriva

• Mogućnost polaska na uzbrdici i drugim otežanim uslovima

• Mogućnost dostizanja maksimalne brzine

• Ostali zahtevi: buka, vibracije,...

Protivrečnost zahteva – potreba za usklađivanjem

Ograničenja: konstrukcija, dimenzije, masa, pouzdanost, način upravljanja, vek...

FTN Novi Sad




Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa menjača

Neiskorišćena područja treba da budu što manja

FO (N)

Neiskorišćenapodručja

v (km/h)

područja

FTN Novi Sad




Osnovne karakteristike transformacije parametara snage

• PRENOSNI ODNOSI U PRVOM I POSLEDNJEM STEPENU PRENOSA – iMIN, iMAX

• OPSEG – odnos iMAX / iMIN

• UKUPAN BROJ STEPENI PRENOSA• UKUPAN BROJ STEPENI PRENOSA

• ZAKONITOST RASPODELE VREDNOSTI PRENOSNIH ODNOSA U MEĐUSTEPENIMA – ik, k = 2,3,4...

FTN Novi Sad




Postupak izbora prenosnih odnosa

1. Izračunavanje prema osnovnim kriterijumima

2. Usklađivanje stvarnih vrednosti sa konstruktivnim ograničenjima; optimizacija prema zadatim kriterijumima (potrošnja goriva, ubrzanje...) –simulacije, laboratorijska i eksploataciona ispitivanja

Izračunavanje prema osnovnim kriterijumima, koraci:

1. prenosni odnos glavnog prenosnika

2. prenosni odnos prvog stepena menjača (FOMAX)

3. prenosni odnos (pret)poslednjeg stepena menjača (vMAX)

4. Prenosni odnosi međustepena

FTN Novi Sad




Izbor prenosnog odnosa glavnog prenosnika – iGP

• Slobodan izbor; prilagođavanje stepeni menjača• Jedan mogući kriterijum: dostizanje vMAX pri im = 1

mGP

vDMAX

1i

ii

nr0,377v MAX

⇒=

⋅⋅⋅=

MAX

vDGP

m

v

nr0,377i

1i

MAX⋅⋅=

⇒=

• Treba poznavati vMAX

• Treba izabrati nVmax

nVmax < nPmax

nVmax = nPmax

nVmax > nPmax

FTN Novi Sad




MAX

vDGP v

nr0,377i MAX⋅⋅=

Promena vrednosti iGP: modifikacija performansi vozila

Izbor prenosnog odnosa glavnog prenosnika – iGP

Promena vrednosti iGP: modifikacija performansi vozila

iGP ↑ ⇒ “kraći” prenosni odnos ⇒ veća vučna sila, bolje savlađivanje uzbrdice, bolja ubrzanja

iGP ↓ ⇒ “duži” prenosni odnos ⇒ potencijalno veća maksimalna brzina, manji broj obrtaja motora → manja buka, povoljnije opterećenje motora → manja potrošnja goriva

PRIMER: KAMIONUPOTREBA U RAVNIČARSKOM PREDELU: iGP ↓UPOTREBA U PLANINSKOM PREDELU: iGP ↑UPOTREBA NA GRADILIŠTU: iGP ↑ (“Puzeće brzine”)

FTN Novi Sad




Izbor prenosnog odnosa prvog stepena menjača – i

I

Kriterijum: zadata obimna sila na točku

Npr: savlađivanje maksimalnog uspona pri polasku sa potpuno opterećenim vozilom

Ograničenje: uslovi prijanjanja – mogućnost realizacije vučne Ograničenje: uslovi prijanjanja – mogućnost realizacije vučne sile

D

TRGPMAXMAXO r

iiMF

η⋅⋅⋅= I

MAXTRGP

OMAXD

MiFr

i⋅⋅

⋅=

ηI⇒

Koliko je FKoliko je FOMAXOMAX??

Napomena: kod određenih vrsta vozila može postojati potreba za “puzećim” brzinama → manevrisanje na malom prostoru, savlađivanje izraženih neravnina i sl.

FTN Novi Sad





I

Kriterijum za definisanje vrednosti FOMAX:savlađivanje maksimalnog uspona pri potpuno opterećenom vozilu→ Želimo što veće αMAX za GMAX

Fα

G

FOFfP

FfZ

FOMAX = Ff + FαMAX = GMAX⋅(f⋅cosαMAX + sinα MAX)

FW ≈ 0FIN = 0

FTN Novi Sad




6

7

8


I

FOMAX = GMAX⋅(f⋅cosαMAX + sinα MAX)MAXTRGP

OMAXD

MiFr

i⋅⋅

⋅=

ηI

iI

D

TRGPMAXMAXO r

iiMF

η⋅⋅⋅= I

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

MAXTRGP

MAXMAXMAXD

Mi)sincos(fGr

i⋅⋅

+⋅⋅⋅=

η

ααI

α(°)

POTREBNO ZA SAVLAĐIVANJE αMAX

Da bi se povećala maksimalna obimna sila raspoloživa sa stanovišta MMAX, a time i αMAX, treba povećati prenosni odnos.

FTN Novi Sad





I

ALI...

Maksimalna obimna sila koja se može realizovati ograničena je uslovima

Da bi se povećala maksimalna obimna sila raspoloživa sa stanovišta MMAX, a time i αMAX, treba povećati prenosni odnos.

Maksimalna obimna sila koja se može realizovati ograničena je uslovima kontakta između pogonskog točka i podloge.(Detaljnije u poglavlju “Klizanje i prijanjanje”)

Prijanjanje ograničava obimnu silu, a time i maksimalni ugao nagiba.

FTN Novi Sad





I

Prijanjanje – mera mogućnosti za prenošenje horizontalne sile između točka i podloge

F

Gϕ - vertikalno opterećenje pogonske osovineϕ - koeficijent adhezije (prijanjanja)

MTMAX

FOMAX,ϕ = Gϕ⋅ϕMAX → OBIMNA SILA KOJU JE MOGUĆE REALIZOVATI SA STANOVIŠTA PRIJANJANJA

FOMAX

Gϕ

ϕ - koeficijent adhezije (prijanjanja)

MTMAX,ϕ = FOMAX,ϕ⋅rD → DALJE POVEĆANJE NIJE MOGUĆE!

MT = FO⋅rD

FTN Novi Sad





I

Gϕ - vertikalno opterećenje pogonske osovine

Gϕ(N)

sinαGl

hcosαG

ll

G TZP ⋅⋅−⋅⋅=

sinαGl

hcosαG

ll

G TPZ ⋅⋅+⋅⋅=

0 10 20 30 40 50α(°)

Gϕ(N)4 X 4 Gϕ=GP+GZ

POGON NAPRED Gϕ=GP

POGON NAZAD Gϕ=GZ

FTN Novi Sad




9


I

D

TRGPMAXMAXO r

iiMF

η⋅⋅⋅= I FOMAX = Gϕ(α)⋅ϕMAX

MAXTRGP

MAXD

Mi

)(ri

⋅⋅

ϕ⋅α⋅= ϕ

η

G

IiI

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

MAXTRGP η

α(°)

α ↑ ⇒ Gφ↓Prenosni odnos koji omogućava maksimalnu obimnu silu sa stanovišta prijanjanja (primer: prednji pogon)

FTN Novi Sad





I

MAXD Gri

⋅⋅≤

ϕϕ

iI

5

6

7

8

9

Kriterijum proklizavanjapogonskog točka:

iI

MAXTRGP

MAXD

Mi

Gri

⋅⋅

⋅⋅≤

ηI

ϕϕ

0

1

2

3

4

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

α(°)

MAXTRGP

MAXMAXMAXD

Mi)sincos(fGr

i⋅⋅

+⋅⋅⋅≥

η

ααI

Kriterijum raspoloživeobimne sile:

αMAX

FTN Novi Sad




Izbor prenosnog odnosa stepena u kome se dostiže vMAX – iVmax

vMAX → poslednji / pretposlednji stepen

GPm

D

iinr0,377

v⋅

⋅⋅=

0

20

40

60

80

100

0 30 60 90 120 150 180 210

v(km/h)

Pt(

kW)

Za iskorišćenje maksimalne snage motora:

MAXGP

PDv vi

nr0,377i MAX

MAX ⋅

⋅⋅=

PTMAX

OTPORIZA KONAČNO IZABRANU

VREDNOST IGP

PT

FTN Novi Sad





⇒ nVmax = nPmax – korišćenje maksimalne snage motora za ostvarivanje maksimalne moguće brzine

MAXGP

PDv vi

nr0,377i MAX

MAX ⋅

⋅⋅=

⇒ nVmax > nPmax – maksimalna moguća brzina nije realizovana, bolje performanse pri ubrzavanju i na uzbrdici

MAXGP

PDv vi

nr0,377i MAX

MAX ⋅

⋅⋅>

MAXGP

PDv vi

nr0,377i MAX

MAX ⋅

⋅⋅< ⇒ nVmax < nPmax – maksimalna moguća brzina nije

realizovana, manja potrošnja goriva, manja buka

FTN Novi Sad




A: nVmax = nPmax

C: nVmax < nPmax

B: nVmax > nPmax


A i B → uobičajeno: pretposlednji stepen; vozila visokih performansi: poslednji (ubrzanje!)

C → uobičajeno: poslednji stepen (“štedni”)

Teretna vozila → B: nVmax = nMAX (zakonska ograničenja) Izvor: Fahrzeuggetriebe

FTN Novi Sad




Izbor prenosnog odnosa stepena u kome se dostiže vMAX – iVmax Izvor: Fahrzeuggetriebe

“Višak snage” pri 170 km/h za tri slučaja

FTN Novi Sad




Suprotni zahtevi: ubrzanje ↔↔↔↔ potrošnja goriva

Povećanje broja stepeni prenosa: manuelni menjači →→→→pogoršanje komfora, opterećenje vozačaUsložnjavanje menjača, veća masa, veći gubici

Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa međustepena

Broj stepeni prenosa menjača

Putnička vozila: ∼ 6

Kamioni, autobusi: ∼ 12 ÷ 16

Traktori: ∼ 20 ÷ 30 (48)

Ekonomski kriterijum:

iskorišćenje resursa motora

OPŠTI ZAHTEV: STVARNU KRIVU VUČE ŠTO VIŠE PRIBLIŽITI IDEALNOJ HIPERBOLI

FTN Novi Sad




DVA OSNOVNA PRISTUPA:

Komercijalna vozila: ∆n = const


Putnička vozila: ∆v ≈ const

Broj obrtaja pri promeni stepena naviše

v v

nn

Broj obrtaja neposredno

nakon promene

FTN Novi Sad





Teretna vozila: • mala snaga po jedinici mase → izražena

potreba za korišćenjem maksimalnih resursa motora

• teži se podjednakoj raspodeli neiskorićenih područja ispod idealne hiperbole

Ovakav uslov se ostvaruje kada je:Ovakav uslov se ostvaruje kada je:∆∆∆∆n = const

∆∆n = constn = constIzvor: Fahrzeuggetriebe

FTN Novi Sad




∆∆n = nn = nmaxmax –– nnprpr = const= const

MAXnconstv ⋅=

mGPm

D

in

constii

nr0,377v ⋅=

⋅⋅⋅

=

prnconstv ⋅=

nMAX

npr – nakon promene naviše


k

1k

pr

maxkpr,1kMAX, i

iconst)(

nn

vv −− ==⇒=

1k

MAX1kMAX, i

nconstv

−− ⋅=

k

prkpr, i

nconstv ⋅=

vMAX u (k-1) – tom stepenu v u k – tom stepenu, neposredno nakon promene stepena naviše

nmax i npr imaju uvek iste vrednsti

qconsti

i

k

1k ==−

Izvor: Fahrzeuggetriebe

FTN Novi Sad





constqi

i

k

1k ==−

qi

i 12 = 2

123 q

iqi

i == 313

4 qi

qi

i == itd.

GEOMETRIJSKI NIZ

z – broj stepeni prenosa1z

z

1

ii

q −=

1k1

k qi

i−

=


FTN Novi Sad





Primer: Vučni dijagram kamiona Mercedes-Benz 1835(16 stepeni prenosa – 4x4) Izvor: Nutzfahrzeugtechnik

FTN Novi Sad





Putnička vozila:Potreba za korišćenjem maksimalnih resursa motora često nije izražena u znatnoj meri (maksimalne performanse se u praksi ređe koriste)!Manji je broj potrebnih stepeni prenosaKoristi se kriterijum:Koristi se kriterijum:∆∆∆∆v ∼∼∼∼ const

∆∆v v ≈≈ constconst

GPm

D

iinr0,377

v⋅

⋅⋅=

Neiskorićena područja ispod idealne hiperbole su manja za više stepene prenosa


FTN Novi Sad






GPm

D

iinr0,377

v⋅

⋅⋅=

∆v = const ⇒ vMAX,i - vMAX,i-1 = const

constnr0,377nr0,377 MAXDMAXD =

⋅⋅−

⋅⋅const

iinr0,377

iinr0,377

1kGP

MAXD

kGP

MAXD =⋅

⋅⋅−

⋅

⋅⋅

−

constii 1kk

=−−

11HARMONIJSKI NIZ


FTN Novi Sad






constqqqi

i n21

k

1k ≠⋅==−

konstante

→ Uslov je približno ispunjen i kada se koristi sledeći pristup:

→→→→ PROGRESIVNI NIZ

q2 > 1 – slobodan izbor;q1 se računa iz uslova:

1)xx)(z0.5(z2

xz1

z

x qqii −−−− ⋅=

1z

z

12)(z1)(z0,5

2

12)1)(z0.5(z

21z

1z

1

ii

q

1qqq

ii

− −⋅−⋅−−− ⋅=⇒⋅=

n – zavisi od stepena prenosa (kmax→n=0 kmax-1→n=1; kmax-2 →n=2; itd.)

Documents

Izbor Prenosnih Odnosa