4341
.pdf
10
3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Испытание коробки передач
Цель работы: определение передаточных чисел коробки на всех передачах, определение КПД на всех передачах и определение усилий и напряжений в зубьях шестерен.
Оборудование: стенд для испытания трансмиссии автомобиля, динамометр, штангенциркуль, линейка, рычаги с захватом, подвес для гирь и набор гирь, разрез и детали коробки передач.
3.1. Методика выполнения работы
1. Составить кинематическую схему коробки передач (рис. 3).
Рис. 2. Кинематическая схема коробки передач
2.На разрезе и деталях коробки передач измерить следующие параметры (табл. 3).
11
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
Данные замеров параметров коробки передач |
||
|
|
|
|
|
№ |
Измеряемый параметр, размерность |
Обозначение |
Значение |
|
п/п |
|
|
|
величины |
1 |
Межосевое расстояние, м |
а , м |
|
|
2 |
Число зубьев шестерен |
|
|
|
|
- |
привода промежуточного вала |
z1 |
|
|
- |
привода вторичного вала |
z2 |
|
|
|
|
z3 |
|
|
|
|
z4 |
|
|
|
|
z5 |
|
|
|
|
z6 |
|
|
|
|
z7 |
|
3 |
Ширина зубчатого венца всех шесте- |
z8 |
|
|
в1 |
|
|||
|
рен, м |
|
в2 |
|
|
|
|
в3 |
|
|
|
|
в4 |
|
|
|
|
в5 |
|
|
|
|
в6 |
|
|
|
|
в7 |
|
4 |
Длина линии зуба всех шестерен, м |
в8 |
|
|
во1 |
|
|||
|
|
|
во2 |
|
|
|
|
во3 |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
во8 |
|
3. Соединить вторичный вал коробки с помощью короткого рычага (l2
=0,15 м) и динамометра (максимальным усилием 5000 Н) с рамой стенда.
На вал маховика установить длинный рычаг (l1 = 1 м) с подвесом для
гирь под углом 30…40 0 к горизонту. Установить на подвес гири общей массой mг=15 кг, что вместе с приведенной массой рычага и подвеса позволит создать момент на первичном валу коробки М1 =186,3 Нм, равный максимальному моменту двигателя Меmax.
Определить по динамометру усилия Р2 на вторичном валу на всех передачах переднего хода при горизонтальном положении нагрузочного длинного рычага после его загрузки гирями. Опыты на всех передачах проводить по два раза, результаты записать в табл. 4.
12
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
||
|
|
|
|
Результаты измерений |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переда- |
|
|
|
Усилия на рычаге, Н |
|
|
|
|
|
|
|||
|
ча |
Вала маховика Р1 |
|
|
Вторичного вала Р 2 |
|
|
|||||||
|
|
опыт 1 |
|
опыт 2 |
Средняя |
Опыт 1 |
|
Опыт 2 |
Средняя |
|
||||
|
|
|
|
|
величина |
|
|
|
|
|
величина |
|
||
|
1 – я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 – я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 – я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 – я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
Рассчитать и занести в табл. 5 следующие параметры коробки для |
||||||||||||
|
всех передач переднего хода. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
||
|
|
|
Расчетные параметры коробки передач |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозна- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметр |
чение, |
|
|
Передачи |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
размер- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ность |
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Угол наклона линии зуба |
β, град |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Кинематическое |
|
передаточное |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
число |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Момент на вторичном валу |
М2, Нм |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Силовое передаточное число |
^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КПД коробки передач |
η |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Нормальный модуль шестерен |
mн, м |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Торцевой модуль |
|
|
|
ms, м |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Диаметр делительной окружности |
dш, м |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
ведущей шестерни |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окружное усилие |
|
|
|
Рш, Н |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Напряжения изгиба |
σи, Па |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
3.2. Методика обработки экспериментальных данных
Передаточные числа коробки могут быть определены на стенде.
1. Кинематическое передаточное число i может быть определено по соотношению частоты вращения первичного n1 и вторичного n2 валов
i |
n1 |
|
|
(13) |
|||
|
|||
|
n2 |
||
13
Кинематическое передаточное число любой передачи (кроме прямой) может быть также определено по соотношению чисел зубьев ведомых и ведущих шестерен (рис. 3)
|
i |
Z2 |
|
Zbм |
|
|
|
Z1 |
, |
(14) |
|||
|
|
|
Zbш |
|
||
где Z1 |
- число зубьев ведущей шестерни привода промежуточного вала; |
|||||
Z2 |
- число зубьев ведомой шестерни привода промежуточного вала; |
|||||
Z bм - число зубьев ведомой шестерни i -ой передачи на вторичном валу; Z bш - число зубьев ведущей шестерни i -ой передачи на промежуточном
валу.
2. Силовое передаточное число может быть определено по соотношению моментов на вторичном М2 и первичном М1 валах коробки передач
i |
M |
2 |
|
P2 |
l2 |
|
|
M |
|
|
P |
l , |
(15) |
||
|
|
|
|||||
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
где Р1 – усилие на нагрузочном рычаге первичного вала (вал маховика), Н; Р2 - усилие на нагрузочном рычаге вторичного вала, Н;
l1 - длина нагрузочного рычага вала маховика, м;
l 2 - длина нагрузочного рычага вторичного вала, м.
3. Фактический КПД коробки передач определяется по формуле
i |
|
i . |
(16) |
4. Окружные усилия на зубьях шестерен промежуточного вала коробки передач обратно пропорциональны радиусам начальных окружностей, то есть можно записать
Pc r2 Pшirшi ,
где Рс - окружное усилие на зубьях шестерен постоянного зацепления; r 2 - радиус начальной окружности второй шестерни;
Ршi - окружное усилие на любой шестерне;
rшi - радиус начальной окружности любой шестерни.
5. Окружные усилия на шестернях промежуточного вала определяют по формуле
Ршi |
Pc |
Z2 |
|
|
(17) |
||
|
Zшi |
||
6. Окружное усилие шестерни привода промежуточного вала Рс определяется по формуле
|
14 |
|
|
Р |
2М е m ax , |
(18) |
|
с |
d |
|
|
|
|
||
|
ш1 |
|
|
где dш1 - диаметр делительной окружности первой шестерни,
dш1 ms ш1, |
(19) |
где ms - торцевой модуль шестерни, м; Zш1 - число зубьев шестерни.
7. Торцевой модуль шестерен
ms |
mн |
, |
(20) |
|
Cos |
||||
|
|
|
где m н - нормальный модуль, определяемый по формуле
mн |
2a Cos |
, |
|
|
|
(21) |
|||
Z |
||||
|
|
|
где аω - межосевое расстояние, м; β - угол наклона линии зуба.
ZΣ - суммарное число зубьев пары шестерен, находящихся в зацеплении. Для косозубых шестерен
rcCos
где b - ширина зубчатого венца шестерни, м;
b0 - длина зуба, м.
Для прямозубых шестерен β = 0 и ms
b
, (22)
b0
mн ;
8. Прочность зубьев шестерен определяется по напряжениям изгиба
|
|
|
|
|
2М расчСоs |
|
|
|||||
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
и |
(23) |
|
|
|
|
|
|
ybm2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рш dшСоs |
|
|
, |
||||
|
|
|
и |
|
|
ybm2 |
и |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|||
где |
М расч |
Рш dш |
- расчетный момент на валу; |
|
|
|||||||
2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y - коэффициент формы зуба, определяемый из табл. 13 по приведенно- |
|||||||||||
му числу зубьев |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|||
|
|
|
|
|
пр |
|
|
; |
|
(24) |
||
|
|
|
|
|
|
Cos 3 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
= ( 750 … 850 ) МПа - для шестерен 1 передачи; |
|
15
и 
= ( 350 … 450 ) МПа - для шестерен остальных передач.
Таблица 6 Зависимость коэффициента формы зубьев y от приведенного числа зубьев
Zпр |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
16 |
17 |
18 |
19 |
|
Y |
0,096 |
0,097 |
0,098 |
0,100 |
|
0,101 |
0,102 |
0,104 |
0,105 |
|
Zпр |
20 |
21 |
22 |
24 |
|
26 |
28 |
30 |
32 |
|
Y |
0,106 |
0,108 |
0,110 |
0,112 |
|
0,114 |
0,117 |
0,120 |
0,123 |
|
3.3. Выводы по работе |
|
|
|
|
|
|
|
|||
1. |
Построить график М 2 |
f ( ) |
и сделать вывод о влиянии переда- |
|||||||
ваемого момента М2 на КПД коробки передач.
2.Сравнить с допустимыми напряжениями изгиба их фактические значения и сделать вывод о надежности работы шестерен коробки передач (по каждой передаче в отдельности).
3.4. Контрольные вопросы
1.От чего зависит межосевое расстояние?
2.Как определить модуль зацепления шестерен?
3.В чем преимущества косозубых шестерен?
4.Какие факторы влияют на КПД коробки передач?
5.Почему силовое передаточное число коробки отличается от кинематического?
6.Как определить окружное усилие на зубьях шестерен?
3.5. Литература: 1
- с. 110…120.
16
4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Испытание карданной передачи
Цель работы: определение запаса прочности карданного вала по частоте вращения, выявление влияния угла наклона карданной передачи на неравномерность вращения и КПД, определение максимальных усилий и напряжения в элементах карданной передачи.
Оборудование: стенд для испытания трансмиссии автомобиля, штангенциркуль, линейка, транспортиры.
4.1. Методика выполнения работы
1. Составить схему карданной передачи
Рис. 3. Схема карданной передачи
2. На стенде определить следующие параметры карданной передачи (табл. 7)
Таблица 7
Замеряемые параметры карданной передачи
|
|
Обо- |
|
№ |
Измеряемый параметр |
значе- |
Значе- |
пп |
|
ние, |
ние |
|
|
размер |
|
|
|
ность |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
Длина карданного вала (по осям крестовин) |
lк, м |
|
2 |
Наружный диаметр трубы карданного вала |
D, м |
|
3 |
Внутренний диаметр трубы карданного вала |
d, м |
|
4 |
Диаметр шипа крестовины |
dш, м |
|
5 |
Расстояние между точками приложения окружной |
Dк, м |
|
|
силы в крестовине (расстояние между серединами |
|
|
|
беговых дорожек игольчатых подшипников проти- |
|
|
|
воположных шипов крестовины) |
|
|
17
Окончание табл. 7
1 |
2 |
3 |
4 |
6 |
Длина иглы подшипника крестовины |
lи, м |
|
7 |
Диаметр иглы |
dи, м |
|
8 |
Число игл в подшипнике |
nи |
|
3. Включить нейтральную передачу в коробке передач. Установить угол наклона карданного вала α = 40, что соответствует 80 мм на мерной линейке. Установить транспортиры на вторичном валу коробки и на заднем конце карданного вала на нуль. Медленно вращая рукой карданный вал, снять отсчет углов его поворота по транспортиру возле ведущего моста υ2 через каждые υ = 150 поворота вала по транспортиру на вторичном валу ко-
робки передач от 0 до 180 0 .
Провести аналогичные замеры при углах наклона карданного вала α =
80 и 120, что соответствует 160 и 240 мм по мерной линейке. |
|
|||||||||||
Данные замеров занести в табл. 8. |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 8 |
||
Данные замеров углов |
1 |
и |
2 |
в зависимости от угла наклона |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
карданного вала |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1, град |
υ2 при углах наклона |
1 , град |
2 / |
1 при углах наклона |
1 , |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
град |
|
|
|
|
|
40 |
80 |
|
|
|
|
120 |
40 |
|
80 |
|
120 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
105 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
135 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
165 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
180 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.2. Методика обработки экспериментальных данных
Рассчитать и занести в табл. 8 значения следующих параметров карданной передачи:
1. Неравномерность вращения карданного вала через каждые 1 150
при |
40 ,80 ,120 (табл. 8). |
18
2 |
|
Соs2 |
|
|
|
|
2 |
(25) |
|
1 |
|
Соs2 |
1 Сos |
|
|
|
|||
2.Далее определить максимальное и минимальное значение неравномерности при углах 
40 ,80 и 120 и по табл. 15 и рассчитать по формулам
( |
|
2 |
) мах |
1 |
1 |
|
|
|||
|
|
|
, |
(26) |
||||||
|
1 |
Соs |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
2 |
)min |
1 |
|
1 |
|
||||
|
|
|
(27) |
|||||||
1 |
|
Соs |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Сравнить данные, полученные по формулам (26) и (27), с ранее определенными данными на стенде.
3. КПД карданной передачи при 
40 ,80 и 120 КПД карданной передачи к , если учитывать потери на трение в шарнирах, определяется по формуле
|
|
|
2 dш |
180 |
|
|
|
|
|
|
|
к |
1 |
|
lп tg( |
|
|
|
) tg |
, |
(28) |
|
Dк |
|
|
|||||||
|
|
|
4 |
2 |
|
|
|
|||
где = (0,06…0,10) – коэффициент трения в подшипниках; |
|
|||||||||
d ш |
- диаметр шипа крестовины, м; |
|
|
|
|
|
||||
Dк |
- расстояние между точками приложения окружной силы Р кресто- |
|||||||||
вины, м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-угол наклона между осями валов, град.
4.Запас прочности карданного вала по частоте вращения
К |
nкр |
|
1,2...2,0, |
|
|
||||||
|
|
|
(29) |
||||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
nmax |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где n кр - критическая частота вращения вала, |
|
|
|
||||||||
12 104 |
|
|
D2 |
d 2 |
|
|
|
|
|||
nкр |
|
|
|
|
|
, |
мин 1 |
; |
(30) |
||
|
lк2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где D - наружный диаметр трубы карданного вала, м; d - внутренний диаметр трубы карданного вала, м; l к - длина карданного вала, м;
nmax - максимальная частота вращения карданного вала. При прямой передаче в коробке передач nmax= 4500 мин-1. 5. Максимальные напряжения кручения вала
|
М с |
i1 |
(250...300)МПа , |
(31) |
тах |
Wкр |
|
||
|
|
|
|
|
|
19 |
|
|
|
где М с |
М етах - момент трения сцепления, Н м ; |
|
|||
- коэффициент запаса сцепления, Н м ; |
|
||||
М етах - максимальный момент двигателя, Н м ; М етах |
186 ,3 Н м . |
||||
i' - передаточное число коробки на первой передаче, i1 |
3,5 ; |
||||
W |
- момент сопротивления кручению, м3 . |
|
|||
кр |
|
|
|
|
|
|
Wкр |
(D 4 |
d 4) |
(32) |
|
|
16D |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
6. Максимальное окружное усилие, действующее на шипы крестовины определить при 
40 ,80 и 120
Рмах |
М с |
i1 |
(33) |
||
Dk |
cos |
||||
|
|
||||
7. Максимальное напряжение изгиба у основания шипа крестовины определить при
40 ,80 и 120
|
|
|
|
|
Рмах |
h |
|
(200...300) МПа, |
(34) |
||
|
|
|
и |
|
Wu |
|
|
и |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где h - плечо окружной силы, м; |
h |
lи |
0,004 |
|
|||||||
Wu - момент сопротивления изгиба шипа, м3 |
|
||||||||||
|
|
|
|
W |
0,1 |
d 3 |
(35) |
||||
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
ш |
|
|
8. Максимальное напряжение среза шипа крестовины определить при |
|||||||||||
40 ,80 и 120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4Pmax |
|
|
(600...1000)МПа |
(36) |
|||||
s |
|
d ш2 |
s |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
9. Максимальное напряжение смятия поверхности шипа |
|
||||||||||
|
|
|
М с |
i1 |
|
|
|
600МПа |
(37) |
||
|
с |
|
Dк du |
lu |
|
|
c |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Данные расчетов параметров карданной передачи свести в табл. 9