Проектирование полноприводных колесных машин. Том 2

им. Н.Э. Баумана
МГТУ

ИЗДАТЕЛЬСТВО

1. Проектирование трансмиссий колесных машин

УДК 629.113(075.8)
ББК 39.33-04
П79

Рецензенты: кафедра «Специальные автомобили и бортовые
информационно-управляющие системы» Московского государственного
университета приборостроения и информатики;
д-р техн. наук, проф. А.В. Денисов
Авторы: Б.А. Афанасьев, Л.Ф. Жеглов, В.Н. Зузов, Г.О. Котиев,
А.А. Полунгян, А.Б. Фоминых

Проектирование полноприводных колесных машин: Учебник для вузов:
В 3 т. Т. 2 / Б.А. Афанасьев, Л.Ф. Жеглов, В.Н. Зузов и др.; Под ред. А.А. По-
лунгяна. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 528 с.: ил.

ISBN 978-5-7038-3042-0 (Т. 2)
ISBN 978-5-7038-3040-6

Учебник состоит из трех томов, в которых последовательно описаны общие вопросы 
проектирования колесных машин, а также методы расчета их агрегатов и систем,
основанные на математическом и физическом моделировании, причем не только для
детерминированных, но и для случайных условий нагружения. Особое внимание уделено 
полноприводным колесным машинам, получившим широкое распространение в связи 
с удовлетворительными показателями их устойчивости и проходимости.
Во втором томе изложены вопросы проектирования, выбора типа и кинематичес-
кой схемы трансмиссии. Большое внимание уделяется выбору параметров и расчету
узлов и агрегатов трансмиссии, а также их модульному проектированию.
Рассмотрены три метода определения параметров нагрузочного режима деталей
трансмиссии: экспериментально-статистический, расчетный и экспериментальный, при-
чем первые два использованы для прогнозирования нагруженности на стадии проекти-
рования. Предложены расчетные методы, позволяющие определять срок службы дета-
лей трансмиссии в километрах пробега колесной машины. Впервые рассмотрены воп-
росы автоматизации управления трансмиссией.
Содержание учебника соответствует программам и курсам лекций, которые авто-
ры читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Для студентов вузов и технических университетов машиностроительного профи-
ля, обучающихся по специальностям «Автомобиле- и тракторостроение», «Многоцеле-
вые гусеничные и колесные машины». Книга может быть полезна аспирантам, препода-
вателям и работникам промышленных предприятий.

УДК 629.113(075.8)
ББК 39.33-04

ISBN 978-5-7038-3042-0 (Т. 2)
 Афанасьев Б.А., Жеглов Л.Ф., Зузов В.Н., 2008
ISBN 978-5-7038-3040-6
 Оформление. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008

П79

Оглавление

Предисловие  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Проектирование трансмиссий колесных машин  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1. Общие вопросы проектирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Механические трансмиссии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3. Гидромеханические трансмиссии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4. Гидрообъемные трансмиссии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5. Электромеханические трансмиссии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. Методы расчета элементов трансмиссии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1. Нагрузочные режимы трансмиссии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1. Экспериментально-статистический способ определения
параметров нагрузочных режимов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2. Расчетный способ определения параметров нагрузочных режимов
2.2. Расчет зубчатых колес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1. Детерминированные расчеты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2. Вероятностные расчеты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3. Расчет подшипников качения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1. Расчет подшипников при статическом нагружении . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2. Расчет подшипников качения на усталостную долговечность  . . . . .
2.3.3. Основы вероятностного расчета подшипников  . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Расчет валов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1. Расчет на статическую прочность  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.2. Расчет на жесткость  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.3. Расчет на сопротивление усталости при кручении  . . . . . . . . . . . . . .
2.4.4. Расчеты на крутильные и изгибные колебания  . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5. Расчет шлицевых и шпоночных соединений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.1. Общие положения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.2. Расчет шлицевых соединений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.3. Расчет шпоночных соединений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6. Расчет картерных деталей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.1. Особенности конструкций картерных деталей  . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.2. Виды нагрузок, действующих на картерные детали  . . . . . . . . . . . . .
2.6.3. Расчет картерных деталей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.4. Моделирование стенок, ребер жесткости и приливов  . . . . . . . . . . . .
2.6.5. Моделирование групповых резьбовых соединений  . . . . . . . . . . . . .
2.6.6. Многопараметрический анализ и синтез элементов КМ  . . . . . . . . .
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Проектирование сцеплений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Основные параметры и показатели нагруженности сухих дисковых
постоянно замкнутых сцеплений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6
7
7
13
37
44
50
68
69
69

69
91
124
124
147
160
160
163
173
176
176
178
184
188
188
188
191
196
197
197
198
199
210
215
226
230
231
231

236

1. Проектирование трансмиссий колесных машин

3.3. Выбор размеров и материалов фрикционных накладок  . . . . . . . . . . . . . . .
3.4. Расчет параметров нажимных пружин  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1. Цилиндрические пружины с витками круглого сечения  . . . . . . . . . .
3.4.2. Составные пружины  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.3. Тарельчатые пружины  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5. Оценка износостойкости пар трения сцеплений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6. Демпферы ведомых дисков сцеплений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7. Приводы сцеплений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. Вальные коробки передач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Особенности различных схем коробок передач  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1. Коробки передач с двумя степенями свободы  . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2. Многоступенчатые коробки передач  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.3. Особенности применения дополнительных коробок передач  . . . . .
4.2.4. Признаки типовой компоновки соосных трехвальных коробок
передач  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3. Выбор размеров деталей коробок передач  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1. Основные соотношения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2. Определение суммарного числа зубьев зубчатой пары  . . . . . . . . . . .
4.3.3. Выбор чисел зубьев колес зубчатой пары  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.4. Выбор основных параметров дополнительных коробок передач  . .
4.4. Модульный принцип проектирования коробок передач  . . . . . . . . . . . . . . .
4.5. Проектирование приводов управления коробками передач  . . . . . . . . . . . .
4.5.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.2. Зубчатые муфты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.3. Синхронизаторы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. Планетарные коробки передач  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2. Построение плана угловых скоростей планетарных коробок передач
с двумя степенями свободы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3. Синтез составных планетарных механизмов с двумя степенями свободы
5.4. Синтез планетарных коробок передач с тремя и четырьмя степенями
свободы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5. Общие соотношения для расчета составного планетарного механизма  . .
5.5.1. Кинематический и силовой расчеты трехзвенного планетарного
механизма  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.2. Выбор показателей, характеризующих режимы работы
планетарной коробки передач  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6. Расчет механизмов переключения передач  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.1. Требования к фрикционным узлам  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.2. Расчет дисковых фрикционных элементов управления  . . . . . . . . . .
5.6.3. Расчет ленточных тормозов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.4. Расчет обгонных муфт  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6. Карданные передачи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Оглавление

242
248
248
250
253
256
256
270
274
275
275
276
276
280
282

286
286
286
288
290
292
296
301
301
304
306
316
317
317

322
325

328
344

344

347
352
352
354
359
361
365
366
366

6.2. Кинематические и силовые связи в карданных передачах с шарнирами
неравных угловых скоростей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3. Карданный вал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4. Выбор основных размеров шарниров неравных угловых скоростей  . . . .
6.5. Шарниры равных угловых скоростей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7. Раздаточные коробки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2. Выбор схем раздаточных коробок  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3. Выбор размеров основных деталей раздаточных коробок  . . . . . . . . . . . . .
7.4. Элементы управления раздаточными коробками  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8. Ведущие мосты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2. Главные передачи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.1. Основные типы главных передач  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.2. Одинарные главные передачи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.3. Двойные главные передачи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.4. Выбор основных параметров зубчатых колес главных передач  . . . .
8.2.5. Особенности проектирования и расчета конических и гипоидных
главных передач  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3. Дифференциалы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.2. Кинематические и силовые соотношения в дифференциале  . . . . . .
8.3.3. Влияние дифференциала на проходимость КМ  . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.4. Коэффициент блокировки симметричного дифференциала  . . . . . . .
8.3.5. Определение коэффициента блокировки дифференциалов
различных конструкций  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.6. Выбор основных параметров зубчатых колес дифференциалов  . . .
8.4. Полуоси  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9. Балки ведущих мостов, колеса и шины  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1. Балки ведущих мостов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.2. Расчет балок ведущих мостов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2. Колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.2. Нагрузки, действующие на колеса  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.3. Анализ напряженно-деформированного состояния диска колеса  . .
9.3. Шины  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.3.1. Общие сведения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.3.2. Выбор шин  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10. Автоматизация управления трансмиссией полноприводной колесной
машины  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Список рекомендуемой литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Предметный указатель  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Оглавление

372
376
384
388
392
393
393
394
402
409
410
411
411
412
412
412
419
429

430
439
439
441
443
445

448
465
469
476
477
477
477
478
485
485
492
496
501
501
510
512

513
523
524
525

1. Проектирование трансмиссий колесных машин

Предисловие

В отечественной учебной литературе, посвященной транспортной технике, 
уделяется мало внимания полноприводным колесным машинам, специфика 
конструктивных решений которых вносит коррективы в процесс их
проектирования. Настоящий учебник устраняет этот недостаток. В нем излагаются 
методы расчета основных агрегатов и систем трансмиссии колесных 
машин с учетом нагрузочных режимов, имеющих детерминированный
и случайный характер. Поскольку колесные машины в процессе работы испытывают 
большие нагрузки, преодолевая неровности, соизмеримые с диаметром 
колеса, а также подвержены воздействию микронеровностей дорожного 
полотна и динамическому воздействию вследствие неравномерной
работы двигателя внутреннего сгорания, предложен алгоритм расчета нагрузочных 
режимов при движении на установившихся и переходных режимах. 
Для получения экономического эффекта показано применение модульного 
принципа проектирования коробок передач, раздаточных коробок и
ведущих мостов. В целях снижения динамических нагрузок и уменьшения
шума, производимого трансмиссией при работе, приведен метод расчета
демпфера. При изложении расчетов узлов и агрегатов использованы результаты 
научно-исследовательских работ кафедры, проведенных в разное время 
по заказу предприятий отрасли.
Материал между авторами второго тома распределен следующим образом: 
предисловие — А.А. Полунгян; § 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 2.2, 2.3, 2.4 и 2.5,
главы 4, 6, 7, 8 — А.Б. Фоминых; § 2.1 — А.Б. Фоминых и Л.Ф. Жеглов;
гл. 3 — А.Б. Фоминых и А.А. Полунгян; § 1.5 и гл. 5 — Б.А. Афанасьев;
§ 2.6, 9.1 и 9.2 — В.Н. Зузов; § 9.3 — Л.Ф. Жеглов; гл. 10 — Г.О. Котиев.
Авторы с благодарностью примут все критические замечания и по-
желания читателей по содержанию материалов учебника.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАНСМИССИЙ
КОЛЕСНЫХ МАШИН

1.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Современные ДВС не обладают достаточным диапазоном крутящих мо-
ментов и угловых скоростей. В то же время для движения КМ в различных
эксплуатационных условиях необходимо, чтобы нагрузки на ведущих коле-
сах и частоты их вращения изменялись в значительных пределах. Эту задачу
выполняют агрегаты трансмиссии.
В настоящее время на полноприводных КМ применяют механические,
гидромеханические, гидрообъемные и электромеханические трансмиссии. При
увеличении грузоподъемности, полной массы, числа осей и мощности дви-
гателя наблюдается тенденция перехода от механической трансмиссии к гид-
ромеханической и далее к гидрообъемной и электромеханической. При мощ-
ности двигателя до 250 кВт чаще используют механическую трансмиссию,
реже — гидромеханическую и гидрообъемную и еще реже — электромехани-
ческую. При мощности двигателя от 250 до 750 кВт применяют гидромеха-
ническую и гидрообъемную трансмиссии, иногда — электромеханическую и
совсем редко — механическую. При мощности двигателя свыше 750 кВт ос-
новной трансмиссией является электромеханическая, а механическую не ис-
пользуют вовсе.
Наиболее простой по конструкции, дешевой в изготовлении и эксплуа-
тации является механическая трансмиссия, поэтому ее широко применяют в
машинах с колесной формулой 4×4, 6×6 и 8×8. Наряду с этим в таких маши-
нах используют гидромеханическую, гидрообъемную и даже электромехани-
ческую трансмиссии, позволяющие облегчить управление (снизить число пе-
редач, вплоть до перехода к бесступенчатой трансмиссии), уменьшить дина-
мические нагрузки и повысить проходимость КМ. Однако при этом возрастает
стоимость трансмиссии и расход топлива.
При дальнейшем увеличении числа активных осей существенно услож-
няется компоновка трансмиссии в механическом и гидромеханическом вари-
антах и увеличивается ее масса, поэтому для таких КМ используют в основном 
гидрообъемную и электромеханическую трансмиссии.
В зависимости от назначения КМ к ней предъявляют различные требования, 
которые формируют в техническом задании, являющемся одним из
этапов проектирования как всей машины, так и элементов трансмиссии.

1. Проектирование трансмиссий колесных машин

Для работы трансмиссии наиболее важными являются производственные
(технологичность, стандартизация, унификация, агрегатирование, эксплуатационные 
показатели, топливная экономичность, проходимость, надежность, 
технологичность обслуживания и ремонта) и потребительские
(малая стоимость изготовления и эксплуатации, легкость управления, безопасность) 
требования. Они должны быть удовлетворены на этапе проектирования, 
выполняемом в кратчайшие сроки и с высоким качеством, что обеспечивается 
применением САПР трансмиссии. Некоторые из них регламентированы 
государственными или отраслевыми стандартами и другими
документами.
Интегральной оценкой удовлетворения большинства из перечисленных
требований может служить технический уровень трансмиссии, который оп-
ределяется прежде всего ее КПД, удельной материалоемкостью и надеж-
ностью.
Конструкция трансмиссии должна обеспечивать движение КМ в услови-
ях эксплуатации, для которых она предназначена, и иметь высокий техни-
ческий уровень. Чтобы удовлетворять своему функциональному назначению,
трансмиссия должна обладать определенными параметрами: максимальным
и минимальным передаточными числами, набором передаточных чисел раз-
личных агрегатов. Исходные данные для расчета этих параметров задает тех-
ническое задание на проектируемую КМ. Прежде всего необходимо знать
максимальную vmax и минимальную vmin скорости движения, а также пол-
ную массу mм машины.
Если задана масса перевозимого груза, то полная масса в первом при-
ближении может быть оценена по коэффициенту грузоподъемности

kгр = mгр/mм,

где mгр — масса груза.
Кроме того, необходимо определить требуемую максимальную мощ-
ность двигателя 
треб
max.
e
N
 Ее можно найти, задавшись удельной мощностью

°
треб
max
м
/
,
=
e
N
N
m
 сопоставляя характеристики разрабатываемой КМ с суще-
ствующими аналогами (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Значения предельных скоростей движения, коэффициента
 грузоподъемности и удельной мощности для полноприводных КМ

            Класс КМ
vmax, км/ч
vmin, км/ч
kгр
°,
N  кВт/т

Легковые
80–155
4–5
0,21–0,49
18–38
Грузовые с колесной
формулой:
4×4 и 6×6
75–95
3–5
0,35–0,54
9–14
8×8
60–90
2–3
0,46–0,49
7,5–11

Более точно определить требуемую максимальную мощность 
треб
max
e
N
 мож-
но, исходя из энергетического обеспечения максимальной скорости (по ба-
лансу мощности):

треб
max
e
N
= (Pψ + Pω)vmax /(ηтрkпот),

где Pψ — сила сопротивления движению; Pω — сила сопротивления воздуха;
vmax — максимальная скорость, м/с; ηтр — КПД трансмиссии на режиме дви-
жения с максимальной скоростью; kпот — коэффициент, учитывающий поте-
ри мощности в воздухоочистителе, глушителе, радиаторе, компрессоре и вспо-
могательных агрегатах.
Для различных двигателей коэффициент kпот изменяется в пределах
0,75...0,95. Для механической трансмиссии значение ηтр на режиме движе-
ния с максимальной скоростью может быть оценено в пределах 0,88...0,95 в
случае неполноприводных КМ и в пределах 0,80...0,90 — для полнопривод-
ных КМ (уменьшение связано с наличием дополнительных агрегатов транс-
миссии, таких, как раздаточная коробка, колесные редукторы и др.). Такие
же значения ηтр можно принимать для гидромеханической трансмиссии, поскольку 
максимальная скорость движения достигается при блокируемом гидротрансформаторе. 
Для гидрообъемной и электромеханической трансмиссий
на режиме максимальной мощности ηтp = 0,65...0,75 и ηтp = 0,63...0,73 соответственно (
хотя максимальные значения КПД этих трансмиссий достигают
0,85 и 0,81 соответственно).
В свою очередь, силы сопротивления движению и воздуха равны:

Pψ = mмgψ;   Pω = CxFqv,

где ψ — коэффициент сопротивления движению; Cx — коэффициент обтекаемости; 
F — площадь лобового сечения, F = kлобBH; kлоб — коэффициент заполнения 
площади лобового сечения; B — колея машины; H — габаритная
высота машины; qv — скоростной напор, qv = ρвоздv2
max/2; ρвозд — плотность
воздуха.
Для нормальных атмосферных условий ρвозд = 1,25кг/м3, g = 9,81 м/с2.
Для полноприводных КМ ψ = 0,02...0,03. Значения коэффициентов обтекаемости 
Cx и заполнения площади kлоб приведены ниже:

Cx
kлоб
Легковые КМ  . . . . . . . . . . . . . . . . 0,25...0,45
0,78...0,80
Грузовые КМ  . . . . . . . . . . . . . . . . 0,80...1,30
0,75...0,95
Автобусы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,60...0,75
0,80...0,95

Ориентировочные значения произведения ширины B колеи на высоту H
машины приведены далее:

1.1. Общие вопросы проектирования

1. Проектирование трансмиссий колесных машин

Легковые КМ

Рабочий объем двигателя, л  . . . . .
< 1,2
1,2—1,8
1,8—3,5
> 3,5
BH, м2  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,4—1,9
1,6—2,1
1,9—2,3
2,2—2,6

Грузовые КМ

Грузоподъемность, т  . . . . . . . . . . . 0,5—2,0
2,0—5,0
5,0—15,0
> 15
BH, м2  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4,2—5,7
5,2—7,5
6,9—9,0
9,0—15,0

В зависимости от требуемой максимальной мощности 
треб
max
e
N
 выбирают
нужный двигатель, для которого известны следующие параметры: максималь-
ная мощность Ne max, частота вращения (угловая скорость) nдв N (ωдв N) при
максимальной мощности; максимальный крутящий момент Te max и частота
вращения (угловая скорость) nдв T (ωдв T) при максимальном крутящем
моменте; nдв min — минимально устойчивая частота вращения.
Неправильный выбор мощности двигателя чреват существенными из-
держками. Выбор Ne max < 
треб
max
e
N
 нежелателен, так как становится невоз-
можным достижение необходимой по техническому заданию максимальной
скорости vmax, кроме того, снижаются динамические качества и средняя ско-
рость КМ. При Ne max > 
треб
max
e
N
 возрастает средняя скорость, улучшаются ди-
намические качества КМ, а vmax может быть обеспечена при некоторых уг-
лах подъема профиля дороги, однако увеличиваются масса и стоимость дви-
гателя, а также расход топлива.
При выборе нужного двигателя следует учитывать, что методики испы-
таний двигателей на стендах, принятые в разных странах, отличаются по
комплектности двигателя, по параметрам нормальных атмосферных условий
и т. д. В связи с этим паспортная (максимальная) мощность одного и того же
двигателя, рассчитанная по различным методикам, будет неодинакова. Для
сравнительной оценки значений мощности двигателя, определенных по раз-
личным методикам, можно использовать следующие соотношения, получен-
ные в результате статистической обработки данных по большому числу дви-
гателей: Ne max  = NГОСТ = NSAE = 1,03NJIS = 1,06BS = 1,08NDIN, где подстро-
чечные индексы означают стандарты различных стран на методики испытаний
ДВС: ГОСТ — России, SAE — США; JIS — Японии; BS — Великобритании;
DIN — Германии.
Следующими шагами после выбора двигателя являются выбор шины (ис-
ходя из номинальной нагрузки на колесо Gк) и определение радиуса качения
колеса rк. Для полноприводной КМ с односкатной ошиновкой, считая рас-
пределение массы машины по всем колесам равномерным, Gк в первом приближении 
можно оценить так:

Gк = mмg/(2nос),

где nос — число осей КМ.

Радиус качения выбранного колеса определяют экспериментально либо
вычисляют по формуле Зимелева:

ст

ст
св
к
3

1
2
/
,
r

r
r
r
+
=

где rст и rсв — соответственно статический и свободный радиус колеса. Если
статический радиус колеса неизвестен, используют более простую формулу:

rк = 0,97rсв.

После этого вычисляют минимальное umin и максимальное umax передаточные 
числа трансмиссии. Расчет umin ведут, исходя из кинематического обеспечения 
максимальной скорости vmax:

umin = ωдв N rк/vmax = πnдв N rк/(30vmax),

где nдв N  — в мин—1; vmax — в м/с.
В настоящее время значение umin стремятся несколько уменьшить по сравнению 
с рассчитанным по приведенному выше выражению, тем самым как
бы кинематически увеличивая vmax. Энергетически повышение максимальной 
скорости может быть реализовано при уменьшении суммарного коэффициента 
сопротивления движению ψ по сравнению с его расчетным значением (
например, при движении под гору) или при снижении полной массы mм
КМ (например, при движении в недогруженном или порожнем состоянии).
Это обеспечивает увеличение производительности КМ вследствие движения
с большей скоростью либо, при движении с прежней скоростью, экономию
топлива и уменьшение износа двигателя благодаря снижению частоты вращения 
его коленчатого вала и приближению ее значений к значениям, характерным 
для минимального удельного расхода топлива.
Максимальное передаточное число umax трансмиссии выбирают на основании 
сравнения трех величин:
1) максимального передаточного числа umax ϕ, обеспечивающего реализацию 
максимально возможной силы тяги по условию сцепления колес с дорогой:

Te maxηтрumax ϕ/rк = Gсц ϕ,

откуда

сц
к

max
тр
max
,

e

G

T

r
u
ϕ
ϕ

η
=

где ϕ — коэффициент сцепления колеса с дорогой (обычно принимают ϕ =
= 0,7...0,8); Gсц — сцепной вес, или составляющая веса, приходящаяся на
ведущие колеса (для полноприводной КМ Gсц = mмg cos α); α — угол подъема 
продольного профиля дороги (обычно αmax = 34...38°);

1.1. Общие вопросы проектирования

1. Проектирование трансмиссий колесных машин

2) максимального передаточного числа umax ψ, обеспечивающего преодоление 
КМ заданного максимального дорожного сопротивления ψmax при равномерном 
движении и пренебрежении сопротивлением воздуха (ввиду малой 
скорости движения):

Te maxηтрumax ψ/rк = mм gψmax,
откуда

м
max к

max
тр
max
,

e
T

m g
r
u
ψ
ψ

η
=

где ψmax = 0,58...0,64;
3) максимального передаточного числа umax v, обеспечивающего устойчивое 
движение КМ с требуемой минимальной скоростью vmin:

дв
к

max
min
30
,
T

u

n
r
π
=

v
v

откуда

дв
к

min
max
30
,
T
n
r
u
π
=
v
v

где nдвT — в мин–1; vmin — в м/с.
Исходя из удобства маневрирования и для выполнения эвакуационных
и специальных транспортных работ с осторожностью, целесообразно принимать 
vmin = 0,56...1,39 м/с (2...5 км/ч).
Затем сравнивают значения umax ϕ и umax ψ.
Для неполноприводных КМ неравенство umax ψ > umax ϕ свидетельствует
о том, что преодоление заданного дорожного сопротивления невозможно без
увеличения сцепного веса (т. е. увеличения числа ведущих осей). В этом случае 
необходимо отвергнуть umax ψ и принять umax = umax ϕ. При umax ψ < umax ϕ
можно принять umax = umax ψ, с тем чтобы уменьшить диапазон трансмиссии 
D = umax/umin и снизить размеры и массу ее агрегатов. Однако обычно
даже в этом случае стремятся полностью использовать сцепной вес и принимают 
umax = umax ϕ.
Для полноприводной КМ необходимо обеспечить реализацию максималь-
но возможной силы тяги по сцеплению колес с дорогой, поэтому значение
umax ψ отвергают и принимают umax = umax ϕ. Реализуемый при этом максимальный 
коэффициент сопротивления движению ψmax находят из равенства
umax ϕ = umax ψ, т. е.

м
max
к
м
max к

max
тр
max
тр

cos
.
e
e

m g
r
m g
r
T
T
α
ϕ
ψ
=
η
η

Отсюда
ψmax = ϕ cos αmax

или с учетом ψmax = f cos αmax + sin αmax
tg αmax = ϕ — f,
(1.1)

где f — коэффициент сопротивления качению колеса по дороге.
Подставляя в выражение (1.1) значения ϕ и f (см. т. 1, § 1.2), получаем:
при нормальном давлении воздуха в шине максимальный угол подъема,
преодолеваемого КМ, не превышает 38,2° на асфальтобетонной дороге,
34,2° — на булыжной, 30° — на грунтовой, 16° — на сухом песке, 8,5° — на
укатанной заснеженной дороге и 0 — на снежной целине;
при сниженном давлении воздуха в шине максимальный угол подъема,
преодолеваемого КМ, не превышает 37,5° на асфальтобетонной дороге,
35,6° — на булыжной; 33,4° — на грунтовой, 14° — на сухом песке; 24,5° —
на укатанной заснеженной дороге и 12,5° — на снежной целине.
Ввиду того, что режим работы трансмиссии при максимальной силе тяги
отличается от режима работы при максимальной мощности, значения КПД
трансмиссии для этих режимов будут различными. При подсчете umax ϕ и
umax ψ принимают ηтр = 0,8...0,85 для механической трансмиссии; 0,56...0,60 —
для гидромеханической, если гидротрансформатор используется в широком
диапазоне движения на пониженной передаче в трансмиссии, и 0,8...0,85 —
если он используется только для трогания с места, а затем блокируется;
0,7...0,8 — для гидрообъемной и 0,4...0,6 — для электромеханической транс-
миссии.
В результате сравнения umax ϕ и umax ψ обычно выбирают umax ϕ. Далее
сравнивают значения umax ϕ и umax v и максимальное принимают за umax. При
этом, если umax ϕ > umax v, то считают umax = umax ϕ, т. е. сцепной вес полнос-
тью используется, а минимальная скорость будет даже меньше требуемой.
Если umax v > umax ϕ, то принимают umax = umax v. В этом случае обеспечивает-
ся требуемая минимальная скорость движения, но максимальная сила тяги в
контакте колеса с дорогой будет больше, чем возможно по сцеплению.
Знание минимального umin и максимального umax передаточных чисел
трансмиссии дает возможность определить ее диапазон: D = umax/umin.

1.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ТРАНСМИССИИ

При проектировании механической трансмиссии необходимо определить
ее кинематическую схему, т. е. пути и способы подвода мощности от ДВС до
колес. Различают бортовые и мостовые схемы, причем и те, и другие могут
быть с блокированным, дифференциальным или смешанным приводом. Кро-
ме того, выпускают КМ, имеющие не один, а два ДВС, каждый из которых
приводит во вращение свою группу мостов либо один из бортов.
Мостовую схему трансмиссии используют значительно чаще, чем борто-
вую. Это связано с тем, что большинство полноприводных КМ разработано

1.2. Механические трансмиссии