Цель: проектирование и расчет модели пятискоростной коробки передач (с передачей заднего хода) легкового автомобиля средней мощности с учетом диапазона работы двигателя по оборотам для каждой передачи с помощью программной системы KISSsoft/KISSsys.
В качестве исходных данных для коробки передач (КПП) принимаются: характеристика двигателя, для каждой передачи в отдельности задаются числа зубьев и модуль для каждого колеса (значения приняты на основе аналогичных параметров существующей коробки передач).
Для каждой передачи экспериментальным путем задается распределение нагрузки по оборотам двигателя и частоте использования, также задается частота использования каждой передачи данной КПП.
Первым этапом служит создание модели со всеми входящими в нее элементами: зубчатыми колесами, подшипниками, валами и т.п. (рис. 1). Также в модель добавляются прочностные расчеты валов и передач, необходимые таблицы для управления процессами ввода данных и расчета и отображения результатов, трехмерный вид сборки для проверки взаимного расположения элементов во избежание нестыковок.
После задания всех взаимосвязей в коробке передач и нагрузок (в данном случае используется спектр нагрузок (рис. 3) для большего приближения результатов расчета к реалистичным условиям, можно также использовать конкретные значения момента и оборотов двигателя) производится кинематический расчет и строится кинематическая схема проектируемой КПП (рис. 2).
 |
 |
|
Рис. 1. Модель КПП с входящими в нее элементами |
Рис. 2. Кинематическая схема проектируемой модели КПП |
Рис. 3. Спектр нагружения для расчета модели КПП
Следующий этап – прочностной расчет каждой передачи в отдельности в интерфейсе KISSsoft (рис. 4). Существует возможность достаточно точно сконфигурировать проектируемую передачу, контролируя множество параметров: число зубьев, модуль, ширину колес, материал колес, коэффициенты смещения, а также ресурс и коэффициенты безопасности; кроме того, возможна работа над пятном контакта (рис. 5), оптимизация формы зуба (рис. 6), задание допусков.
?
Рис. 4. Окно ввода основных данных для расчета первой передачи
 |
 |
|
Рис. 5. Анализ пятна контакта |
Рис. 6. Модификация формы зуба |
Рассчитанную передачу можно просмотреть в трехмерном виде (рис. 7), сохранить 3D модели в форматах STEP или Parasolid, визуально оценить пятно контакта зубьев (рис. 8).
 |
 ? |
|
Рис. 7. Трехмерные модели колес третьей передачи |
Рис. 8. Визуальная оценка пятна контакта |
После расчета передач определяется геометрия валов и положение элементов на них также в интерфейсе KISSsoft (рис. 9). Можно также использовать автоматическое задание размеров валов непосредственно из интерфейса KISSsys для грубой оценки (применимо в большинстве случаях).
Рис. 9. Определение геометрии входного вала и задание
положений элементов на валу в интерфейсе KISSsoft
После определения геометрии валов задается их взаимное расположение в компоновке коробки передач – позиционирование. Выполнить позиционирование можно несколькими способами – задать положение вала параллельно другому валу или группе; задать взаимное расположение, определяемое зубчатой передачей. При позиционировании удобно пользоваться трехмерной моделью сборки (рис. 10) для проверки на предмет нестыковок или других ошибок расположения валов. Присутствует возможность запуска анимации работы коробки передач (рис. 11).
Рис. 10. Трехмерная модель сборки коробки передач
Рис. 11. Анимация работы коробки передач (включена четвертая передача, скорость уменьшена для удобства визуализации)
Итог
Спроектирована механическая коробка передач (пять скоростей вперед и одна назад) легкового автомобиля средней мощности. На создание модели потребовалось несколько часов. Модель можно изменять и оптимизировать для доведения характеристик до требуемых значений. Все расчеты выполнены в единой программной среде, что существенно упрощает работу в отношении корреляции расчетов между собой, обработку и анализ результатов.