Katedra částí a mechanismů strojů strojní fakulta, VŠB - Technická univerzita Ostrava 708 33 Ostrava- Poruba, tř. 17.listopadu 15 596993402, 596991236; fax.: 597323090 e-mail :
[email protected]
Zhodnocení vlastností převodovky MQ 100 v porovnání s převodovkami zahraničních výrobců (Zpracováno na základě objednávky fy ŠKODA Auto a.s. č.j. 45712821/D06 – poz.001, 002 z 22.9.2009 a č.j. 45716906/D07 z 3.3.2010)
Zpracovali:
prof. Ing. Vladimír Moravec, CSc. prof. Dr. Ing. Miloš Němček doc. Ing. Jiří Havlík, Ph.D. Ing. Šárka Hurníková, Ph.D.
Č. zprávy: D9 - VCJB21A412/2011 VŠB-TU Ostrava 7/2011
Obsah 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Úvod Zhodnocení koncepce převodových skříní Porovnání základních geometrických parametrů Kvalitativní ukazatelé záběru ozubených kol Tuhost hřídelů Přesnost ozubených kol a modifikace Porovnání únosnosti ozubených kol v ohybu a dotyku Závěr
3 4 9 11 14 22 25 28
Přehled zpráv vydaných v rámci této práce (číslování zavedené v citovaných zprávách): [1] Moravec, V., Němček,M., Hurníková, Š.: Kontrolní a pevnostní výpočty převodovky MQ100. Zpráva D5-347/2010, VŠB-TU Ostrava 4/2010 [5] Moravec, V., Němček,M., Havlík, J., Hurníková, Š.: Kontrolní a pevnostní výpočty převodové skříně osobního automobilu HONDA Jazz. Zpráva D6-347/2010, VŠB-TU Ostrava 5/2010 [6] Moravec, V., Němček,M., Havlík, J., Hurníková, Š.: Kontrolní a pevnostní výpočty převodové skříně osobního automobilu FIAT PANDA. Zpráva D7-347/2010, VŠB-TU Ostrava 5/2010 [7] Moravec, V., Němček,M., Havlík, J., Hurníková, Š.: Měření a kontrolní výpočty převodové skříně osobního automobilu TOYOTA AYGO. Zpráva D8-347/2010, VŠBTU Ostrava 6/2010
2
1. Úvod V rámci této práce byly vyhodnoceny údaje o ozubených kolech z dodané výkresové dokumentace, podle které byly provedeny kontrolní geometrické a pevnostní výpočty u převodovky MQ 100 (koncern VW). Pro porovnání byly zvoleny převodovky třech zahraničních výrobců vozidel stejné kategorie HONDA Jazz, FIAT Panda a TOYOTA Aygo. U těchto převodovek, které byly dodány v rozebraném stavu, byla všechna ozubená kola detailně proměřena, stanoveny geometrické parametry a provedeny výpočty, které budou porovnány s výsledky u převodovky MQ 100. Ke každé z hodnocených převodovek byla vydána samostatná zpráva, kde je mimo výpočty provedeno dílčí hodnocení. Přehled zpráv je uveden v seznamu použité literatury. V této zprávě je provedeno souhrnné hodnocení všech parametrů s hlavním cílem posoudit vlastnosti převodovky MQ 100 a navrhnout případné úpravy.
3
2. Zhodnocení koncepce převodových skříní Přehled základních rozměrů a uváděného zatížení převodovek je uveden v tab. 2.1. Tab. 2.1 Přehled základních parametrů porovnávaných převodovek HONDA FIAT TOYOTA Vozidlo (výrobce) JAZZ PANDA AYGO parametr1) zatížení převodovky
MQ100 podle [1]
výkon [kW]
40
66
50
-
krout.moment [Nm]
88
114
93
100
hmotnost bez oleje [kg]1)
31,5
34
28
neudáno
zdvih. objem motoru [cm3]1)
1198
1108
998
-
základní
69
65
65
65
pohon difer.
118
105
104
111
1
51,9
43,9
50,2
46,6
2
84,6
78,0
81,4
78,65
vstupní
214,5
174,53)
199,5
211
předlohový
229,0
174,53)
222,6
230
diferenciál
124,0
110,0
110,0
104
osová vzdálenost přev. [mm]
2)
zpátečka
ložisková vzdálenost na hřídelích [mm]
Poznámky: 1) podle pracovníků fy ŠKODA 2) u převodovky MQ 100 podle výkresů, u zahraničních převodovek vypočtené hodnoty z měr přes zuby (bez vůlí) 3) letmo uložené soukolí 5.stupně Z hlediska rozměrů jsou převodovky podobné. Částečně se vymyká pouze převodovka HONDA, která má větší osové vzdálenosti (o 6÷10%). Parametry zatížení (výkon a krouticí moment) nelze srovnávat. Zahraniční převodovky jsou prezentovány pro konkrétní auto a jistě se používají pro více modifikací, stejně jako bude použita převodovka MQ 100. Významný rozdíl je v dělení odlitku skříně. Pouze převodovka FIAT má letmo uložené kolo 5.př. stupně, tím je skříň dělena za spojkou a uzavřena víkem. Ostatní převodovky s uložením všech kol mezi ložisky mají pouze jednu dělící rovinu za spojkou. Tím bude rozdílná tuhost skříně a celková montáž. Základní znaky koncepce převodovek osobních automobilů s napříč uloženým hnacím agregátem vpředu jsou dány způsobem uložení hřídelů, pořadím ozubených kol na hřídelích a způsobem řazení. Rozdíly v koncepci porovnávaných převodovek lze zhodnotit z jednoduchých schémat na obr. 2.1 a jsou shrnuty do tab. 2.2.
4
Obr. 2.1 Schémata posuzovaných převodovek
5
Tab. 2.2 Základní znaky koncepce převodovek Koncepční znaky
HONDA
vstupní ložiska na hřídelích
předlohový diferenciál
uložení ozubených kol na hřídelích (v pořadí od motoru)
Převodovka FIAT TOYOTA kuličkové
MQ 100 kuželíkové
kuličkové
kuželíkové
2x kuličkové + válečkové kuličkové vše mezi ložisky v pořadí“ 1-ZP-2-3-4-5
kuželíkové mezi ložisky v pořadí: 1-ZP-2-3-4 5 letmo za ložiskem
vše mezi ložisky v pořadí 1-ZP-2-3-4-5 (shodně s HONDOU)
ZP - vloženým kolem s úhlovou modifikací způsob řazení převodových stupňů
1 ↔ 2 – hnacím kolem zpát., které je současně synchr. unášečem 3 ↔ 4 – společným synchr. unášečem 5 ← - jednostranným synchr. unášečem
soukolí stálého záběru
ulož. pastorku hnané kolo
skříň převodovky smysl šroubovice (vstupní hřídel)
mezi ložisky
letmo
vše mezi ložisky v pořadí ZP-5-4-3-2-1 hnacím kolem (synchr. 5) 1 ↔ 2 společ. synchr. 3 ↔ 4 společ. synchr. hnacím kolem zpát.
mezi ložisky
na skříň diferenciálu přišroubováno přinýtováno dvoudílná, čtyřdílná dvoudílná dělící rovina dělící spojk. skříň, mezi spojk. skříní a skříní rovina z a převod, víko, převod. spojkou diferenciál pravý
levý
pravý
Koncepčně zcela shodné jsou převodovky HONDA a TOYOTA. Liší se od sebe pouze použitím různých ložisek pro uložení předlohového hřídele a diferenciálu. Poloha a uložení kol u převodovky FIAT je podobná. Rozdíl je v tom, že soukolí 5.př. stupně a pastorek stálého záběru jsou uloženy letmo a všechna kola se šikmými zuby mají opačné šroubovice (obr. 2.1). Uspořádání soukolí zpátečky je shodné. Pastorek je součástí hnacího hřídele spolu s pastorky 1. a 2.př. stupně. Zpátečka se řadí vloženým kolem. Na všech kolech zpátečky jsou přímé zuby modifikovány na obou bocích tak, aby bylo vložené kolo vtahováno do záběru. Úhel modifikace je různý v rozsahu (20 30) (viz schéma na obr. 2.2 převzaté ze zprávy [5]).
6
Obr. 2.2 Schéma modifikace zpátečky MQ 100 Koncepce převodovky MQ 100 se od ostatních tří převodovek zcela liší. Všechny hřídele jsou uloženy na kuželíkových ložiskách a pořadí kol je opačné. Největší rozdíl je v řazení soukolí zpátečky podle obr. 2.3. Pastorek a vložené kolo jsou trvale v záběru u ložiska ve skříni spojky. Vložené kolo je širší a má vytvořeny boky zubů s úhlem β=0° pro záběr s pastorkem, β=1° pro záběr s řadícím hnaným kolem (vtahování do záběru k zamezení vyskakování rychlosti).
Obr. 2.3 Řazení zpátečky MQ 100 Převodové poměry hodnocených převodovek jsou souhrnně uvedeny v tab. 2.3. Rozsahy převodových poměrů mezi 5. a 1.př. stupněm se pohybují v rozmezí cca 4,2÷4,6 (největší MQ 100). Skoky řazení podobné, vzestupné (od 5→1) cca 1,2→1,35→1,5→1,8 (výjimkou je MQ 100 var. 2, která nebyla hodnocena). Rozdělení převodových poměrů mezi soukolí převodových stupňů a stálý záběr je odlišné pouze u převodovky HONDA, kde je větší převod stálého záběru. 7
TOYOTA
MQ 100 VAR 1 (počítaná)
MQ 100 VAR 2
0,854
3,948
3
1,171
5,418 4,625
1,750
8,094
1 Z 5
3,308 -3,308 0,897
4
1,121
15,298 -15,298 3,197 3,994
1,480
5,273 3,563
2,158
7,688
1 Z 5
3,909 -3,909 0,850
4
1,027
13,926 -13,926 3,018 3,646
1,310
2
1,913
1 Z 5
3,545 -3,214 0,786
4
0,959
3
1,270
2
1,929
1 Z 5
3,643 -3,417 0,786
4
1,063
3
1,500
2
2,280
1 Z
3,643 -3,417
1,890 -
-
1,249 1,320 4,356 1,458
2
3
4,195 1,494
2
3
1,372
4,652 3,55 6,791 12,586 -11,411 3,060 3,736 4,947 3,898* 7,511 14,188 -13,309 3,275 4,429 6,250 4,167* 9,500 15,180 -14,240 8
1,812 -
-
1,208 1,276 4,170 1,460 1,853 -
-
1,221 1,326 4,636 1,518 1,889 -
největší stálý záběr, nízké přev. poměry zákl. stupňů
4
1,174
malý stálý záběr, největší převody zákl. stupňů
3,364
poznámky
nejmenší rozsah, nejmenší stálý záběr
FIAT
0,727
ip
rozsah přev. i R 1 i5
-
*možné varianty stálého převodu 4,167 4,471
HONDA
5
skoky řazení i p 1
1,352 1,411 4,636 1,520 1,598 -
-
*varianty 3,898 4,471
Tab. 2.3 Převodové poměry hodnocených převodovek převodové poměry převod. typ stálý stupeň soukolí celkové převodovky záběr i ip ipc is
3. Porovnávání základních geometrických parametrů Shrnutí údajů použitých pro výpočet geometrie je provedeno v tab. 3.1. Základní osové vzdálenosti jsou shodné u všech porovnávaných převodovek (65mm) s výjimkou převodovky HONDA, kde je větší (69 mm). Z hlediska porovnání geometrie převodovky MQ 100 a „cizích“ převodovek lze učinit tyto základní závěry: - normálný modul je u převodovky MQ 100 o 20÷50% menší (s vyjímkou soukolí zpátečky a stálého záběru). - velké rozdíly jsou mezi normálnými úhly profilu. Většinou se pohybují mezi 15°÷ 20°. Extrémy byly zjištěny u převodovky TOYOTA 8,67° u soukolí 5.st. a u převodovky FIAT 27,83°u soukolí 1. st. U převodovky MQ 100 jsou použity standardní hodnoty 15° a 20° podle výkresů. U ostatních převodovek jsou úhly záběru zjištěny měřením (přílohy III ve zprávách [5], [6] a [7]. Výšky hlav zubů jsou prodloužené (s výjimkou zpátečky). U některých soukolí jsou výšky zubů značně nesymetrické. Například u převodovky TOYOTA u soukolí 2. a 1. přev. stupně. Vždy menší u pastorku a větší u kola (špičatění zubů). To vede k nevyrovnaným a vysokým měrným skluzům (kap.4). Úhly šroubovice β se většinou pohybují nad 30°. U soukolí 2.÷5. přev. stupně 32°÷35°. Nižší u 1. st. a stálého záběru. U všech převodovek jsou srovnatelné. Poměrné rozměry ψm a ψd jsou u všech převodovek zcela srovnatelné. Šířky zubů bw jsou srovnatelné. Součet všech záběrových šířek bw 100 mm. Pouze převodovka HONDA má šířky o cca 10÷15% větší (stejně jako osovou vzdálenost).
9
převod
počet zubů pastorku
normálný modul mn [mm]
5
MQ 100
0,786
44
1,13
15
HONDA 0,727 FIAT 0,897 TOYOTA 0,85
32 35 34
1,5 1,5 1,45
17,72 14,5 8,67
0,959
47
1,13
15
HONDA 0,854 FIAT 1,12 TOYOTA 1,03
35 33 37
1,5 1,6 1,45
17,72 14,5 12,17
MQ 100 4
3
2
1
ZP 1
ZP2
S.Z.
základní profil poměrná úhel výška záběru hlavy α [°] hao*
celkový převodový poměr
soukolí převodový stupeň
Tab. 3.1 Porovnání základních geometrických parametrů
MQ 100
1,270
37
1,30
15
HONDA FIAT TOYOTA
1,17 1,48 1,31
35 25 29
1,5 1,75 1,65
17,72 14,67 17,25
MQ 100
1,928
28
1,36
15
HONDA FIAT TOYOTA
1,75 2,16 1,91
24 19 23
2,11 1,80 1,65
17,67 16,17 15,3
MQ 100
3,643
14
1,70
20
HONDA FIAT TOYOTA
3,31 3,91 3,54
13 11 11
2,05 2,25 2,30
21,67 27,83 18
MQ 100
2,33
12
2,26
20
HONDA FIAT TOYOTA
2,38 2,36 2,50
13 11 14
2,25 2,30 2,0
20 23 23,42
MQ 100
1,46
28
2,26
20
HONDA FIAT TOYOTA
1,38 1,62 1,29
31 26 35
2,25 2,30 2,00
20 23 23,42
MQ 100
3,895
19
2,15
20
HONDA FIAT TOYOTA
4,63 3,56 3,55
16 16 20
2,25 2,50 2,00
20 17,5 21,92
10
1,37 1,39 1,5 1,5 1,8 1,37 1,39 1,5 1,5 1,35 1,38 1,36 1,50 1,45 1,45 1,24 1,48 1,47 1,35 1,6 1,0 1,266 1,2 1,0 1,41 0,965 1 1,1 1,0 1,0 1,0 0,9 1,0 1,0 1,0 1,14 1,46 1,1 1,25 1,4
poměrné rozměry
úhel šroubov. β [°]
šířka zubů bw [mm]
33
11,4
10,0
0,20
35 31,25 32,23
14 13 13
9,33 8,67 8,97
0,24 0,21 0,22
33
12,8
11,3
0,20
35 31,3 32,75
14,9 12,2 13,8
9,90 7,62 9,52
0,23 0,20 0,22
33
12,8
9,8
0,22
35 32,5 33,4
15,0 12,0 11,6
10 6,86 7,03
0,23 0,23 0,20
29
13,4
9,9
0,31
34 31,97 32
14,5 13 13,4
8,3 7,22 8,1
0,29 0,32 0,30
31
13,8
8,1
0,50
34,37 25,08 24,78
16 14 11,8
7,8 6,2 5,1
0,50 0,51 0,42
0
11,7
5,2
0,43
0
9,0 11 11
4,0 4,8 5,5
0,31 0,44 0,39
1
8,0
3,5
0,13
0
8,0 11 9,5
3,56 4,8 4,75
0,12 0,18 0,14
24,75
21,0
9,8
0,47
30 28,5 33,17
30 25 21,9
13,33 10 10,95
0,72 0,55 0,46
m
bw mn
d
bw d1
4. Kvalitativní ukazatele záběru ozubených kol Za hlavní kvalitativní ukazatele je nutno považovat trvání záběru a skluzové rychlosti vyjádřené měrnými skluzy u hlavy a paty. Trvání záběru profilu v přílohách je vypočteno pro průměry sražení hlav dNa, které byly pro převodovku MQ 100 odečteny z výkresů a pro ostatní převodovky vyhodnoceny z měření evolvent v přílohách III zpráv [5], [6] a [7], kde jsou velikosti sražení vyhodnoceny podle vztahu hK 0,5da d Na [mm] a pohybují se v rozmezí: - převodovka HONDA 0,1÷0,5 mm, soukolí 1. a zpátečky nesraženo - převodovka FIAT 0,15÷0,55 mm, soukolí 1. a zpátečky nesraženo - převodovka TOYOTA 0,3÷0,6 mm, soukolí 1. a zpátečky nesraženo (menší z hodnot vždy u pastorku) Převodovka MQ 100 má sražení 0,34÷0,58 (vesměs větší než u porovnávaných převodovek). Výpočet trvání záběru profilu u převodovky MQ 100 byl proveden s vůlí, protože předepsané tloušťky zubů (míry přes zuby) s vůlí nepočítají. U ostatních převodovek nebylo uvažováno s vůlí a korekce byly rozděleny podle naměřených hodnot. Aby bylo možno posoudit vliv sražení hlav na trvání záběru, jsou v tab. 4.1 přehledně uvedeny hodnoty * pro hlavové kružnice d a a ** pro průměry konců evolvent po sražení d Na , u převodovky MQ 100 je navíc proveden výpočet bez vůle.
Porovnání hodnot ** je provedeno na obr. 4.1, odkud jednoznačně plyne, že trvání záběru je u převodovky MQ 100 vždy menší, než u ostatních převodovek. Trvání záběru krokem s celkovým trváním záběru ** je vyhodnoceno v tab. 4.1 a na obr. 4.2. Je zřejmé, že celkové trvání záběru všech převodovek se u soukolí vyšších převodových stupňů (5, 4 resp. 3) značně vyrovnalo.
Obr. 4.1 Porovnání součinitelů trvání záběru profilu ** 11
Obr. 4.2 Porovnání celkových trvání záběru
Měrné skluzy jsou díky sražení hran, poměrně malé a většinou dobře vyrovnané. To platí zejména pro převodovku MQ 100. Vyšší měrné skluzy v patě (> -3) se vyskytují pouze u převodovek TOYOTA (5., 4., 2. a 1. převodový stupeň) a zejména u soukolí 4. převodového stupně převodovky FIAT. Přehledně jsou měrné skluzy na hlavách i patách uvedeny pro všechny převodovky v tab. 4.1.
12
Tab. 4.1
13
5. Tuhost hřídelů Tuhost hřídelů byla kontrolována zjednodušeně při zatížení pouze jedinou silou přibližně uprostřed hřídele. Zvolena poloha soukolí 3.stupně. Parametry zatížení podle tab. 5.1. Tab. 5.1 Parametry zatížení převodovek roztečný převod 3. průměr stupně pastorku [-] [mm] MQ 100 37/47 57,2 HONDA 35/41 63,7 FIAT 25/37 51,6 TOYOTA 29/38 57,31
obvodová síla
krouticí moment
[N] 3497 3140 3876 3490
[Nm] 100 100 100 100
krouticí moment výstupní [Nm] 127 117 148 131
Modely hřídelů se zatížením jsou uvedeny na obr. 5.1÷5.5. Vlastní výpočet byl proveden programem HŘÍDEL, který je používán na katedře ČaMS. Tento program řeší libovolné hřídele metodou konečných prvků a je ověřen i experimentálně (měření deformací). Pro porovnání hřídelů bylo řešení provedeno pouze v jedné rovině, ve které na hřídele působí max. síla (obvodová). Jak bylo uvedeno řeší se pro krouticí moment na vstupním hřídeli 100 Nm a zařazený 3. převodový stupeň.
14
MQ100 vstupní hřídel
MQ100 výstupní hřídel Obr. 5.1 Model hřídelů převodovky MQ 100
15
Honda vstupní hřídel
Honda výstupní hřídel (3 ložiska) Obr. 5.2 Model hřídelů převodovky HONDA s uložením předlohového hřídele na třech ložiscích (staticky neurčitý)
16
Honda výstupní hřídel (2 ložiska – vynecháno první ložisko)
Honda výstupní hřídel (2 ložiska – vynecháno druhé ložisko) Obr. 5.3 Variantní uložení předlohového hřídele převodovky HONDA s uložením střídavě na jednom ze dvou ložisek
17
Fiat vstupní hřídel
Fiat výstupní hřídel Obr. 5.4 Model hřídelů převodovky FIAT
18
Toyota vstupní hřídel
Toyota výstupní hřídel Obr. 5.5 Model hřídelů převodovky TOYOTA
19
Výsledky porovnávacích výpočtů v rovině x-z (rovina síly Ft byly shrnuty do tab. 5.2, kde jsou vyhodnoceny tyto údaje: - Průhyby se pohybují vesměs do 0,1 mm. Největší průhyb 0,178 mm byl vypočten u výstupního hřídele převodovky MQ 100. Byl ověřen vliv vrtání. Při zmenšení vrtání na 10÷0 mm se proti provedení s vrtáním 13 mm sníží průhyb pouze na 0,167 mm, tedy zanedbatelně. -
Napětí HMH. Bylo vyhodnoceno maximální. V žádném případě nepřevyšuje hodnotu 204 MPa (max. u vstupního hřídele FIAT).
-
Natočení v ložiscích je největší u převodovky MQ 100 na výstupním hřídeli (7´÷9´). Pro kuželíkové ložiska je to hodnota poměrně vysoká. Standardně se připouští 3´÷4´. Ve skutečnosti může být hodnota nesouososti i větší při uvažování všech sil.
-
Naklopení pastorku stálého záběru se pohybuje vesměs do 4´. U převodovky MQ 100 je tato porovnávací hodnota větší cca 7´. Soukolí by mělo být úhlově modifikováno.
20
Tab. 5.2 Porovnání hřídelů převodovek
převodovka
max. napětí* [MPa] [mm] na souř. σHMH z
max. průhyb [mm] v rovině na souřad. x-z z
natočení v rovině x-z [úhl.min] v ložiscích ve středu past. na A B výst. hř.
hřídel
provedení
vstupní
podle výkresu L=230
0,072
97
84
175
4,9´
3,8´
-
podle výkresu L=213, d=13
0,178
105
133
84
9,0´
7,0´
6,9´
L=211, d=0÷10
0,167
105
125
83
8,4´
6,5´
6,5´
L=214,5
0,078
101
94
142
4,5´
4,2´
-
0,030
120
45
97
~0,4´
1,3´
1,3´
0,066
108
60
97
3,5´
2,7´
2,6´
0,051
114
56
97
2,8´
2,2´
4,2´
MQ100 výstupní vstupní
Honda výstupní
vstupní
L=174,5
0,095
114
204
111
5,2´
7,0´
-
výstupní
L=184,3 past. letmo L=218
0,061
87
109
89
4,3´
2,9´
2,9´
vstupní
L=199,5
0,074
113
131
135
3,4´
5,2´
0,1´
výstupní
L=222,6
0,102
103
111
106
8,6´
6,6´
1,4´
Fiat
Toyota * - napětí řešeno pouze v jedné rovině, bez vlivu Fr a Fa 21
poznámky
d-vrtání hřídele
6. Přesnost ozubených kol Přesnost a modifikace soukolí byly detailně analyzovány v citovaných zprávách. U převodovky MQ 100 byly úchylky i ostatní údaje o tvaru a jakosti boků zubů převzaty z výkresové dokumentace. Pro úplnost přehled těchto předpisů je uveden v tab. 6.1, převzaté ze zprávy [1]. Je zřejmé, že jednotlivé úchylky jsou předepisovány pro různé třídy přesnosti ve značném rozptylu. Např. pro nejexponovanější soukolí 5. stupně jsou třídy přesnosti předepsány od 4. třídy (ff pastorku) až po 9. třídu (fHα a fHβ pro kolo). Proto byly pro srovnání vyhodnoceny průměrné třídy přesnosti. Úchylky a posouzení přesnosti všech tří dodaných převodovek byly vyhodnoceny z měření na CNC měřicích centrech. Protokoly jsou v plném rozsahu uvedeny v příloze III zpráv [4],[5] a [6]. Z těchto protokolů byly vyhodnocovány stejné úchylky, jako jsou předepisovány pro převodovku MQ 100 (tab. 6.1). Pro každé soukolí je opět vyhodnocena nejlepší a nejhorší třída přesnosti a průměrná hodnota. Vše je uvedeno spolu s údaji převodovky MQ 100 v tab. 6.2. Tab. 6.2 Souhrnné hodnocení jakosti třída soukolí převodové stupně převod. přesn./ skříň obvod. 5 4 3 2 1 rychl. QMIN÷MAX 5÷11 3÷10 6÷9 6÷11 6÷10 měřeno QSTŘ 7,5 7,6 7,6 8,9 8,0 HONDA -1 v [m·s ] 14,3 12,9 10,9 8,4 5,7 QMIN÷MAX 5÷11 3÷10 6÷9 6÷11 6÷10 měřeno QSTŘ 7,5 7,7 7,6 8,9 8,1 FIAT v [m·s-1] 14,3 12,9 10,9 8,4 5,7 QMIN÷MAX 5÷10 3÷10 5÷11 6÷11 6÷12 měřeno QSTŘ 6,8 7,0 7,4 8,1 7,9 TOYOTA v [m·s-1] 14,4 13,4 12 9,4 5,8 QMIN÷MAX 4÷9 4÷9 4÷9 5÷7 4÷7 předpis QSTŘ 7* 7* 7* 6 6 MQ 100 -1 v [m·s ] 15,2 13,8 12,9,1 5,8 12,0 poznámka: * hnací kola cca 6.třída přesnosti, drsnost 0,8 hnaná kola 8.třída přesnosti, drsnost 1,6
stálý záběr 3÷10 7,2 10,6 3÷10 7,3 10,6 6÷10 7,9 11,8 4÷9 6,2 -5,7
zpátečka 4÷11 8,0 -5,3 4÷11 8,0 -5,3 5÷11 7,9 -5,9 6÷9 8
K přesnosti se dá souhrnně říci, že předpisy MQ 100 v podstatě odpovídají dosaženým úchylkám porovnávaných převodovek s výjimkou hnacích kol soukolí 5, 4 a 3, kde je přesnost i drsnost předepsána mnohem méně přísně (viz poznámka v tab. 6.2). Přehled měřených a předepsaných modifikací je patrný z tab. 6.3. Až na zřejmé vady jsou důsledně modifikovány všechny boky zubů měřených převodovek.Převodovky FIAT a TOYOTA mají podélné i příčné modifikace výrazně větší, většinou v rozsahu (4÷10) μm i více. U převodovky MQ 100 jsou modifikace zásadně předepsané od +1 μm do +5, +7 až 11 μm. Spodní hranice tolerancí je v každém případě nízká.
22
Tab. 6.1 Výrobní úchylky, modifikace a drsnost boků zubů převodovky MQ 100 zadané a vypočtené hodnoty [mm] *úchylky úhlu profilu tvaru [μm] modifikace evolventy [μm] *úchylky boků zubů [μm]
5. převodový stupeň hnací hnané z1=56 z2=44
4. převodový stupeň hnací hnané z1=49 z2=47
3. převodový stupeň past. kolo z1=37 z2=47
2. převodový stupeň past. kolo z1=28 z2=54
1. převodový stupeň past. kolo z1=14 z2=51
past. z1=12
vlož.kolo z21=28
hnané z3=41
past. z1=19
kolo z2=76
fHα
±7/7
±14/9
±7/7
±14/9
±7/7
±14/9
±7/7
±7/7
±7/7
±7/7
±18/>9
±18/>9
±18/>9
9/8
9/8
ff
3/4
9/7
3/4
9/7
3/4
9/7
4/5
4/5
3/4
3/4
11/8
8/7
3/4
3/4
cn
3±2
6±5
3±2
6±5
3±2
6±5
3±2
3±2
3±2
3±2
6±5
6±5
3±2
3±2 ±13/7
soukolí kolo
zpátečka 1
zpátečka 2
11/8
8/7
6±5
stálý záběr
úhlu
fHβ
±11/7
±25/9
±11/7
±25/9
±11/7
±25/9
±11/7
±11/7
±11/7
±11/7
±16/8
±16/8
±16/8
Taž. 10±13/7 Zp. ±13/7
tvaru
fβf
5/6
7/7
5/6
7/7
5/6
7/7
5/6
5/6
5/6
5/6
7/7
7/7
7/7
5/4
5/4
6±5
4±3
4±3
4±3
4±3
5±4
5±4
5±4
4±3
4±3
10/7
5/5
5/5
5/5
5/5
10/7
10/7
10/7
5/5
26/~9
40/9
16/6
16/6
-
16/6
-
45/6
45/6
16/6
20/6
63/>9
22/7
22/7
20/7
22/7
63/>9
80/>9
80/>9
22/7
32/8
6
3
3
3
3
6
6
6
3
3
1,5
0,7
0,7
0,7
0,7
1,5
1,5
1,5
0,7
0,7
modifikace boční cb 4±3 6±5 4±3 6±5 4±3 křivky [μm] čelní fp 5/5 10/7 5/5 10/7 5/5 rozteče souč. *úchylky rozt. o fp1/8 16/6 40/9 16/6 40/9 16/6 [μm] 8 zubů obvod. Fr 22/7 63/>9 22/7 63/>9 22/7 házení nerovn. z 10 Rz 3 6 3 6 3 drsnost bodů boků zubů střední [μm] aritm. Ra** 0,7 1,5 0,7 1,5 0,7 drsnost Poznámky: * úchylka v [μm] lomena třídou přesnosti podle DIN 3962 ** Přepočet z hodnoty Rz Ra 0,6 0,8 broušení
Ra 0,8 1,6 ševingování
23
Tab.6.3 A3
24
7. Porovnání únosnosti ozubených kol v ohybu Protokoly s pevnostními výpočty převodovky MQ 100 a porovnávaných převodovek jsou v plném rozsahu uvedeny ve zprávách [1] resp. [5], [6] a [7]. Výsledky napětí v ohybu a dotyku s příslušnými bezpečnostmi jsou uvedeny v tab. 7.1. Způsob výpočtu byl detailně popsán ve zprávě [1] kap. 5. Jako metodika výpočtů byla použita norma DIN 3990 T41 (metoda podle ISO, DIN způsob B). Pro úplnost uvádíme: - součinitele přídavných zatížení pro porovnání voleny KF=KH=1, - přípustné napětí σFE=920 MPa, σHlim=1500 MPa, - porovnání bylo provedeno pro vstupní krouticí moment M=100 Nm. Výsledné bezpečnosti v ohybu SF= σFO/ σFE jsou přehledně uvedeny na obr. 7.1.
Obr. 7.1 25
Porovnání bezpečností v dotyku S H2 ( HO / H lim )2 je provedeno na obr. 7.2 (pro σHO < σHlim) platí S H2 ( HO / H lim )0,5 .
Obr. 7.2 Při hodnocení porovnávacích výpočtů je zřejmé, že porovnávací krouticí moment 100 Nm je pro převodovku HONDA příliš nízký. To je dáno většími rozměry (osové vzdálenosti i šířky) a jiným rozložením převodových poměrů mezi základní převodovkou a stálým záběrem. Výrazně menší jsou převodové poměry základní převodovky (větší průměry hnacích kol) a větší převodový poměr stálého záběru (~4,6 proti 3,5÷3,9 – tab. 2.3). Bezpečnosti v dotyku jsou u převodovek FIAT a TOYOTA zcela srovnatelné s převodovkou MQ 100 s výjimkou soukolí 5. převodového stupně, které je u MQ 100 v dotyku, stejně jako v ohybu dimenzováno hůře. Bezpečnosti v ohybu jsou vyrovnané u převodovky FIAT a TOYOTA. U převodovky MQ 100 jsou bezpečnosti v ohybu nižší, především u soukolí 4. a 5. převodového stupně. Celkově jsou bezpečnosti v ohybu i v dotyku zcela dostatečné pro vstupní krouticí moment 100 Nm u všech kontrolovaných převodovek. 26
Tab. 7.1 A3
27
8. Závěr Zásadní rozdíl mezi převodovkou MQ 100 a převodovkami HONDA, FIAT a TOYOTA je v koncepci uspořádání. Hlavní koncepční rozdíly (možné důsledky): - Uložení všech hřídelů na kuželíkových ložiscích (nutná větší vůle, změna vůlí v provozu, změna polohy hřídelů). - Pořadí uložení kol od motoru je opačné než u porovnávaných převodovek. Větší síly do ložisek (od 1. a 2. př.st.) do méně tuhé části skříně (pravděpodobně větší deformace nebo nutné ztužení skříně). - Provedení zpátečky je naprosto odlišné proti běžnému provedení u porovnávaných převodovek. Pastorek a vložené kolo jsou ve stálém záběru, řazení hnaným kolem (současně řadící spojka 4-5). Komplikovaný tvar vloženého kola, zvýšený hluk (i při neutrálu). Shoda v koncepci je hlavně v dvoudílné tužší skříni (mimo převodovku FIAT). Ve volbě základních geometrických parametrů jsou rozdíly především ve volbě modulů u převodovky MQ 100. Ty jsou vesměs výrazně menší (o 20÷50%) než u porovnávaných převodovek. Ostatní parametry jsou srovnatelné. Porovnání kvalitativních ukazatelů mezi převodovkou MQ 100 a ostatním: - Trvání záběru profilu je díky velkému sražení hran výrazně menší (o 20÷50%) u soukolí 2. až 5. př.stupně. U 1. př. stupně a zpátečky je menší než 1. - Celkové trvání záběru je srovnatelné. - Měrné skluzové rychlosti jsou u převodovky MQ 100 velmi dobře vyrovnané a velmi nízké (menší než 2 ) v porovnání s ostatními převodovkami. Tuhost hřídelů , podle přibližných porovnávacích výpočtů, je u výstupního hřídele převodovky MQ 100 poměrně malá. Naklopení v kuželíkových ložiscích překračuje všeobecně doporučované hodnoty. Velmi pravděpodobně bude nutno úhlově modifikovat některá soukolí. Přesnost ozubených kol požadovaná (předepsaná) u převodovky MQ 100 je v podstatě srovnatelná s naměřenými hodnotami převodovek HONDA, FIAT a TOYOTA. Významný rozdíl spočívá v předepsané hodnotě přesnosti a drsnosti u hnaných kol 5., 4. a 3. přev. stupně, kde jsou největší obvodové rychlosti. U soukolí 5. a 4. přev. stupně je 8. třída přesnosti DIN a drsnost Ra=1,6 téměř nepřijatelná. Modifikace boků zubů jsou pro převodovku MQ 100 předepsané. Spodní mezní rozměr je vždy 1μm, což zajišťuje pouze nutné minimum pro tvar evolventy i boční křivky. U porovnávaných převodovek jsou modifikace, až na vady, vždy větší. Pro modifikaci evolventy by předpis mohl být akceptován. Modifikace boční křivky by měla být výrazně větší. Nutno upřesnit po měření deformací. Úroveň dimenze zubů převodovky MQ 100 v porovnání s ostatními: - Bezpečnosti v ohybu u soukolí 2. až 5. přev. stupně jsou nižší o 30÷50% proti převodovkám FIAT a TOYOTA a výrazně nižší (až o 100%) proti převodovce HONDA. U ostatních soukolí jsou bezpečnosti srovnatelné. - Bezpečnosti v dotyku jsou srovnatelné s výjimkou převodovky TOYOTA, ta je dimenzována pro výrazně vyšší moment než porovnávacích 100 Nm (odhadem pro 200÷250 Nm). - Dimenze soukolí MQ 100 je pro 100 Nm zcela dostatečná. S výjimkou soukolí 5. přev. stupně by zátěžné momenty této převodovky mohly být o cca 20÷30% vyšší podle typu vozidla, pro které je určeno. Detailní hodnocení provedeno ve zprávě [1]. 28
29
