Расчёт и конструирование силового механического привода

1. Определение диапазона коробки передач.

Диапазон коробки передач Д_к (диапазон передаточных чисел) – это отношение передаточного числа низшей u_кп1 и высшей u_кп.в передачи:

Д_к = .

Для начала вычислим максимальное передаточное число коробки передач u_кп1. Оно выбирается на основе двух величин:

- максимального передаточного числа u_{кп1 ψ}, обеспечивающего преодоление транспортным средством максимального дорожного сопротивления ψ_max при равномерном движении на первой передаче, пренебрегая при этом сопротивлением воздуха ввиду малой скорости движения:

u_{кп1 ψ} = ==2,59

- максимального передаточного числа u_{кп1 φ}, обеспечивающего реализацию максимально возможной силы тяги по условию сцепления колёс с дорогой (буксованию):

u_{кп1 φ} = = = 5,76

Отсюда следует, что u_кп1=5,76.

Минимальное значение передаточного числа коробки передач (то есть передаточное число на высшей передаче) рассчитывают из условия обеспечения заданной максимальной скорости автомобиля:

u_кп.выс = 0,3768 = 0,3768 = 1

Теперь мы можем вычислить диапазон коробки передач:

Д_к = = = 5,76 мм

2. Определение передаточных чисел коробки передач.

При наличии прямой передачи (u_кп.в = 1) формула примет вид:

u_m = .

где m – номер рассчитываемой передачи;

n – количество передач в коробке, включая прямую;

u_кп1 – передаточное число первой передачи

u₁ =5,76

u₂ = =3,2

u₃ = =2,4

u₄ = =1

2. Выбор материала и термообработки зубчатых колёс.

Для зубчатых передач трансмиссий легковых неполноприводных автомобилей применяют хромистые стали типа 35Х, 40Х. Хромо – марганцево - титановые стали (типа 18 ХГТ, 25ХГТ) рекомендуется применять для зубчатых передач грузовых автомобилей средней грузоподъёмности. Для зубчатых передач грузовых автомобилей большой грузоподъёмности и полноприводных грузовых автомобилей рекомендуется применять стали 25ХГМ, 20ХНМ, 12Х3А.

Для своей коробки передач я выбрал стали марки 25ХГМ, для ведущего вала, промежуточного вала, для оси зубчатых колёс заднего хода и для зубчатых колёс, а для ступицы и муфты синхронизатора выбрал сталь 25ХГТ.

3. Определение наиболее нагруженного зубчатого зацепления.

3.1.Для начала определим передаточные числа i-того зубчатого зацепления, оно высчитывается по формуле:

u_i =

где, u_m – это передаточное число трёхвальной соосной коробки передач,

u_пз – это передаточное число зубчатых колёс постоянного зацепления.

Передаточное число u_пз будет являться передаточным числом, определяющим вращение промежуточного вала, которое можно определить как:

- для грузового автомобиля u_пз = (0,23…0,3) u_кп1.

u_пз = 0,3 * 5,76 = 1,728

Отсюда мы получаем:

u_1-2 = = 3,3

u_3-4 = = 1,85

u_5-6 = = 1,39

3.2. Определяем скорость автомобиля, придерживаясь тому, что минимальное значение передаточного числа коробки передач (то есть передаточное число на высшей передаче) рассчитывают из условия обеспечения заданной максимальной скорости автомобиля:

u_кп.выс = 0,3768 ,

где n_eN – частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной скорости автомобиля (т. е. частота вращения, достигаемая при развиваемой максимальной мощности двигателя N_{e max}), об/мин;

V_max – максимальная скорость автомобиля, км/час.

Тогда скорость автомобиля в конце m-ной передачи, будет определяться по формуле:

V_m = 0,3768

V₁ = 0,3768 = 12,2 м/с

V₂ = 0,3768 = 22 м/с

V₃ = 0,3768 = 29,3 м/с

V₄ = 0,3768 = 70,4 м/с

Максимальная скорость автомобиля мала, так как стоит раздаточная коробка передач и из за этого уменьшилась максимальная скорость.

3.3. Определяем время работы зубчатого зацепления, будет определяться гарантийным пробегом автомобиля:

T_si = γ_i , (2.2)

где L₀ – ресурс работы коробки передач, приведённый к одному километру (L₀ = 1км);

γ_i – коэффициент, учитывающий время работы i –того зубчатого зацепления в течение времени работы коробки передач до капитального ремонта (определяется по таблице), %;

V_m – скорость автомобиля в конце m-ной передачи, км/час.

Для трёхвальной КП время работы постоянного зубчатого зацепления будет равно сумме времени работы на всех передачах, кроме прямой (при включении прямой передачи никакие зубчатые зацепления в работе по передаче вращающего момента не принимают).

T_s1 = 0,01 = 0,0014 с

T_s2 = 0,03 = 0,0023 с

T_s3 = 0,21 = 0,0119 с

T_s4 = 0,75 = 0,0178 с

3.4. Определим частоту вращения шестерни .

Для этого определим для начала промежуточное число, оно вычисляется по формуле:

n_пр =

Где, = 1260 об/мин

Отсюда следует, что промежуточное число будет ровно:

n_пр = = 729,17 об/мин

Частота вращения шестерни будет определяться соотношением промежуточного числа к передаточным числом u_i :

n =

- шестерни постоянного зацепления n_пз = = 421,9 об/мин;

- шестерни 1 передачи (1 – 2) n₁ = = 220,96 об/мин;

- шестерни 3 передачи (3 – 4) n₃ = = 394,14 об/мин;

- шестерни 5 передачи (5 – 6) n_{5 =} = 524,58 об/мин.

3.5. Определяем расчётный момент.

Расчётный момент T_pi, передаваемый i-тым зубчатым зацеплением, будет определяться передаточным числом u_i и КПД η_з зацепления:

T_pi = u_i η_з

Вычисляем:

T_пз = 1,728 · 413 · 0,97 = 692,25 Н·м;

T_p(1-2) = 1,728 · 5,53 · 3,3 · 413 · = 2215,4 Н·м;

T_p(3-4) = 1,728 · 3,1 · 1,85 · 413 · = 1241,9 Н·м;

T_p(5-6) = 1,728 · 2,3 · 1,39 · 413 · = 921,4 Н·м.

3.6. Согласно полученным данным, определим наиболее нагруженное зубчатое зацепление:

Критерием наиболее нагруженного i-того зубчатого зацепления коробки передач является эквивалентное число циклов нагружений N_эi (периодичность приложения нагрузки по отнулевому циклу), приходящееся на 1 км пробега автомобиля:

N_эi = 60T_si n_pi K_шi , (2.1)

где T_si – время работы i-того зубчатого зацепления в течение рабочего ресурса коробки передач, приведённое к одному километру пробега, час;

n_pi – расчётная частота вращения шестерни i-того зубчатого зацепления, об/мин;

K_шi – количество контактов одного зуба шестерни за один оборот i-того зубчатого зацепления;

T_pi – расчётный момент, действующий в i-том зубчатом зацеплении, Н·м;

Т_экв – эквивалентный момент (максимальный расчётный момент из действующих в зубчатых зацеплениях коробки передач), Н·м.

Вычисление:

N_эпз = = 19,1 Н·м

N_э(1-2) = = 30,5 Н·мN_э(3-4) = = 157,7 Н·м

N_э(5-6) = = 233 Н·м