Практическое занятие №2. Нагрузки в коробке передач автомобиля

Цель работы - освоение методики определения нагрузочных параметров и расчёта элементов коробки передач.

1. Нагрузки в коробке передач.

Рассмотрим простейшую схему 3-х вальной коробки передач при включении одной передачи и схему сил, действующих на зубчатые колёса и валы (рис. 1).

Рис. 1. Схема коробки передач.

На зубья пары постоянного зацепления привода промежуточного вала действуют следующие силы:

• окружная Р_пз=М _{к max}/r _{w пз};

• осевая (при косозубых колёсах) Р _{х пз} =Р_пз*tgb;

• радиальная Р_{R пз}=Р_пз*tg(a_w)/cosb;

• нормальная Р _{п п з} =Р_пз/cos(a_w)_*cosb,

где a_w - угол профиля зуба;

b - угол наклона зубьев;

r _{w пз} - радиус делительной окружности шестерни ведущего вала.

Ведомый вал Промежуточный вал Ведущий вал

При включении i-й передачи на зубья пары действуют силы:

• окружная Р _i =M _{k max} *u _i/r _{w i};

• осевая Р _{х i} =Р_i*tgb;

• радиальная Р_{R i}=Р_i.*tg(a_w)/cosb;

• нормальная Р _{п i}=Р_i./cos(a_w)_*cosb;

здесь u_i - передаточное число включённой передачи;

r_{w i} - радиус делительной (начальной) окружности зубчатого колеса ведомого вала.

В современных конструкциях 2-х вальных коробок передач уравновесить осевые силы невозможно и они полностью воспринимаются подшипниковыми узлами.

В 3-х вальных коробках осевые силы уравновешиваются на промежуточном валу на всех передачах, кроме 1-й и задней (если они выполнены на прямозубых колёсах). На рис. 2 представлена схема сил, действующих на зубчатые колёса промежуточного вала на одной передаче.

Исходя из равенства осевых сил:

Р _{х 1}=Р _{х 2}; Р _х.1 =Р₁*tgb₁; Р _х.2 =Р₂*tgb₂;

Р₁=М _{k max} *u _{п з}/r _w1; Р₂=М _{k max} *u _{п з}/r _w2,

где u _{п з} - передаточное число пары постоянного зацепления,

r _w1, r _w2 - радиусы делительных (начальных) окружностей колёс промежуточного вала.

Из приведённых уравнений:

tgb₁ / tgb₂= r _w1 / r _w2

Если модули колёс одинаковы, то tgb₁ / tgb₂=Z₁/Z₂,

Определив реакции валов на каждой передаче, строят эпюры моментов и определяют изгибающий и крутящий моменты, а затем результирующее напряжение (рис. 3).

где d _{в о} - диаметр вала в опасном сечении.

2. Жесткость валов кпп

Жёсткость валов определяют по их прогибу. Прогиб вала в каждой плоскости не должен превышать 0,1 мм.

Полный прогиб

Шлицы валов проверяют на смятие, [t _см ]=200 МПа.

Рис. 2. Промежуточный вал.

1.) Реакции в опорах валов

2 ). Изгибающие моменты в опасном сечении под шестернёй:

Рис. 3. Расчётная схема и эпюры моментов.

а). от силы Р_i (в горизонтальной плоскости)

б). от силы Р_{R i} (в вертикальной плоскости)

3). Результирующий момент в опасном сечении

4. Результирующее напряжение

Для круга

Для кольца

Напряжения в валах в силу их большой жёсткости не должны превышать 400 Мпа.

Валы большой протяжённости проверяют на скручивание по формуле:

[j]=0,35⁰

G*I_p – жёсткость при кручении;

- полярный момент, см⁴.