Коробка передач в автомобилях

Тmax= КД ×Тemax,

где КД - коэффициент динамичности:

КД=1,2...2,0- для легковых автомобилей;

Кд=2,0...3,0 - для грузовых автомобилей;

Кд=2,5...3,0 - для автомобилей высо­кой проходимости.

Выбираем коэффициент Кд=1,5.

Максимальный крутящий момент двигателя автомобиля ВАЗ-2104 равен 104 Н*м. При увеличении крутящего момента на 30% получаем момент: 133,9 Н·м.

Тmax=1,5×133,9=184,8 Н·м;

TP=184,8×3,636=672,15 Н·м.

2) Определение максимального контактного напряжения.

σHmax=275×[Ftmax/(bw×dwm1)] ×ZH×Zε×KHα×KHβ ,(МПа)

σHmax =275×[2313,9 /(43×4,65)] ×1,77×1×1×1,06=1755,18 (МПа)

3) Вычисление максимального напряжения изгиба зубьев шестерни и колеса.

σF1max =[ Ftmax/(bw1×mnm)]YF1×Yβ ×Yε ×KFa×KFβ , (МПа)

σF1max=[2313,9/(43×4,65)] 3,9×1×1×1×1,06=47,84 (МПа).

4) Проверяют условия достаточной прочности.

σF1max0.9×σHmax;

47,840,9×1755,18=1579,66

Условие прочности выполняется.

4.2  Расчет валов.

Валы рассчитывают на статическую прочность, жёсткость и на усталостную прочность для определения их работоспособности и агрегата трансмиссии в це­лом.

Определение нагрузок на вал.

Для расчёта вала, в первую очередь, устанавливают действующие на него силовые факторы: крутящий момент, силы в зубчатых зацеплениях, реакции опор и дополнительные силы, например, центробежные силы в планетарных переда­чах, силы от карданной передачи и т.д.

1)     Расчётный крутящий момент на входном валу.

где u - передаточное число первой передачи, u = 3,636;

Tφ – суммарный крутящий момент, Tφ = 133,9 Н*м.

2)     Составление расчётной схемы вала.

Рисунок 6. Расчётная схема вала.

3)     Определение величины и направления составляющих реакции опор в двух перпендикулярных плоскостях.

Окружная сила:

где T1, – крутящие моменты соответственно на шестерне и колесе, Н·м;

T1= T’p;

dw1,– диаметры начальных окружностей, м;

2×49,75/0,043=2314,9 Н;

Реакции опор в плоскости Z:

MA(Fi)=0: YB× (B+C)=0,

MB(Fi)=0:-YA× (B+C)+ Ft×C=0,

Xi=0:        XB=0.

Откуда YA= 210,36 Н; YB=0 Н; XB=0 Н. (А=50мм; В=200мм; С=20мм)

Реакции опор в плоскости Y:

ZB=46,29 Н; ZA=462,9 Н.

3) Построение эпюр изгибающего и крутящего момента.

Рисунок 7. Эпюра изгибающего и крутящего момента

Расчет вала на статическую прочность.

1) Вычисление суммарного изгибающего момента в опасных сечениях.

М = ,(Н)

М==2315,36 Н.

2) Определение осевого W и полярного Wp моментов сопротивления, площади S опасного поперечного сечения вала.

Для сплошного вала и вала со шлицами:

W = πd3/32 мм3, (мм3)

W=3,14·223/32=1044,83 мм 3.

Wp=πd3/16 мм3;

Wp=3,14×223/16=2089,67 мм3.

S= π×d2/4=379,9 мм2.

3) Вычисление максимальных нормальных и касательных напряжений.

σ=M/W, (МПа)

τ = TP/Wp, (МПа)

σ=2315,36/1044,83×10-3=2216,01 МПа;

τ=49,75/2089,67×10-3=23,8 МПа.

4) Определение коэффициентов запаса прочности по пределам текучести материала.

nσT=σТ×КεТ/σ;

nτT= τТ·×КεТ/τ;

где σТ ,τТ _ пределы текучести материала соответственно при изгибе и кручении. Для вала используем сталь 40ХН2МА. σТ=1150МПа; τТ=800МПа.

KεT _ коэффициент, учитывающий влияние абсолютных размеров сечения вала на пределы текучести; KεT=0,8.

nσT=1150×0,8/2216,0=4,24;

nτT=800×0,8/23,8=3,16.

5) Вычисление общего коэффициента запаса прочности по пределу текучести.

nT= nσT×nτT/;

nT=4,24×3,16/=13,4/5,28=2,53.

6) Сравнение фактического коэффициента запаса с допустимым:

nT>[nT],

где nT, [nT] - коэффициенты запаса прочности соответственно фактический и пускаемый по пределу текучести материала: [пT] = 1,2... 1,5.

2,53>1,5;

Условие статической прочности выполнено.

4.3  Расчет подшипников качения.

Расчёт подшипников качения по динамической грузоподъёмности.

1) Выбор расчётного момента двигателя Трд.

Согласно нормалям автотракторной промышленности Н-451-47 «Методы расчёта подшипников качения» расчётный крутящий момент за коробкой передач:

Тр.д = а×Тмаx, (Н*м)

где а - коэффициент использования крутящего момента двигателя, а = 0,8.

Максимальный крутящий момент двигателя автомобиля ВАЗ-2104 для рассчитываемой коробки передач равен 133,9 Н*м.

Тmax=133,9 Н*м;

Тр.д=133,9×0,8 = 107,51 Н*м.

Момент на валу привода к переднему мосту:

Т= Тр.д×U;                   (3.22)

Т=107,51 × 3,636 = 389,36 Нм.

2) Составление расчётной схемы вала и определение суммарной радиальную нагрузку Fr на подшипники и осевой нагрузки Sa на вал.

Рисунок 8. Расчётная схема вала.

Ft = 2×T/dw ;

Ft =2×49,75/0,043 = 2313,9 Н;

Реакции на опорах:

YA= 210,36 Н; YB=0 Н; XB=0 Н.

ZB=46,29 Н; ZA=462,9 Н.

Суммарные реакции на опорах:

RA==508,45 H;

RB==46,29 H.

3) Вычисление приведённой нагрузки.

Для радиальных шарикоподшипников и радиально-упорных шарико- и роликоподшипников:

Р =(X×V×Ft+Y×Ft) ×Кб×КT, (Н)

где X,Y – коэффициенты соответственно радиальной и осевой нагрузок:

Для опор А,B X=1, Y=0.

V – коэффициент вращения: при вращении внутреннего кольца относительно вектора радиальной нагрузки V=1;

КТ – температурный коэффициент: Кт =1;

Кб – коэффициент безопасности, учитывающий влияние колебательных процессов в трансмиссии: для опоры B, Кб =1;  Кб=1,2;

РА=(1×1×2313,9+0) ×1,2×1=2776,68 Н;

РВ=(1×1×2313,9+0) ×1×1=2313,9 Н.

4) Вычисление расчётной долговечности подшипника

Lh= a1×a23× (Cr/P)m×106/(60n), (ч)

где a1 - коэффициент долговечности, a1=0,44;

а23 - коэффициент условий работы: a23=1

m - Показатель степени: m=3 - для шариковых подшипников;

n – расчетная частота вращения подшипников, n =5550 об/мин;

Сг - динамическая грузоподъёмность подшипников.

LhA=0,44×1× (16700/2776,68)3×106/(60×5550)=2874ч.

LhA=0,44×1× (16700/2313,9)3×106/(60×5550)=4967 ч.

5) Вычисление требуемой долговечности подшипника.

[Lh] = L0/Vacp,

где L0 – планируемый пробег автомобиля до капитального ремонта, км:

L0=250000 км;

Vacp – средняя скорость автомобиля, км/ч:

Vacp = (0,5...0,75)Vamax;

Vamax=165 км/ч;

Vacp=99 км/ч.

[Lh]= 250000/99=2525 ч.

7) Проверка условия.

[Lh]< Lh.

Выбранные подшипники удовлетворяют условиям динамической грузоподъемности.

Список используемой литературы

1.      Лукин П,П и др. «Конструирование и расчет автомобиля: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Автомобили и тракторы»/ М.: машиностроение, 1984-376 с., ил.

2.      Полосков В.П., Лещев П.М., Хартович В.Н. «Устройства и эксплуатация автомобилей». Ученое пособие – 2-е изд. Перераб. – М.: ДОСААФ, 1983 – 318с., ил.

3.      Алексеев В.М. «Расчет и конструирование автомобилей: Методическое указание по выполнению курсового проекта» – Часть 2 – Улан-Удэ: Издательство ВСГТУ, 2007 – 31с.

4.      Дунаев П.Ф., Леликов О.П. «Конструирование узлов и деталей машин: Учебное пособие для студентов технических специальностей вузов» – 8-е издательство для перераб. И доп. – М.: издательский центр «Академия», 2004 – 496с.

2