3.8. Расчет валов коробки передач

Размеры валов коробок передач выбирают исходя из условий обеспечения достаточной жесткости. Предварительно диаметр ведущего вала для трехвальной коробки передач определяют из выражения

,

где - максимальный крутящий момент двигателя, .

Диаметры промежуточного и вторичного валов в среднем сечении примерно равны . Кроме того, диаметры выбирают исходя из расстояния между опорами. Для первичного и промежуточного валов , для вторичного вала .

Жесткость валов коробки передач в первую очередь должна обеспечивать правильность зацепления зубчатых колес и определяется величиной стрелы прогиба вала и углом перекоса сечения вала. Наибольший прогиб может быть посередине вала, а наибольший перекос сечения вала получается возле опоры. Поэтому в процессе расчетов определяется прогиб промежуточного и вторичного валов в вертикальной и горизонтальной плоскостях на той передаче, зубчатое колесо которой расположено примерно посередине вала, а также угол поворота сечения первичного и промежуточного валов в месте установки пары постоянного зацепления. Схема сил, действующих в зацеплении зубчатых колес трехвальной коробки передач, и вызываемые ими деформации валов показаны на рис. 3.4.

Прогиб вторичного вала в вертикальной плоскости обусловливается силами и , а в горизонтальной - силой . Прогиб промежуточного вала в вертикальной плоскости обусловливается силами , , , , а в горизонтальной - силами и . Угол поворота первичного вала вертикальной плоскости вызывается силами и . Угол поворота промежуточного вала в вертикальной плоскости вызывается теми же силами, что и прогиб : , , , . Угол поворота сечения первичного и промежуточного валов в вертикальной плоскости определяется на первой передаче. Формулы для определения прогибов и углов поворота сечения валов приведены в табл. 3.8. В этих формулах - осевой момент инерции вала.

Допустимый прогиб валов в вертикальной плоскости составляет 0,1 мм, в горизонтальной - 0,15 мм. Допустимый суммарный изгиб

.

Допустимый угол поворота сечения вала в вертикальной плоскости составляет 0,002 рад.

Валы, имеющие большую длину, проверяют на скручивание по формуле .

Допустимый угол скручивания на 1мм длины вала.

Прочность валов коробки передач проверяют при совместном действии изгиба и кручения. Для этого определяют реакции в опорах в вертикальной и горизонтальной плоскостях и соответствующие изгибающие моменты. Результирующее напряжение от действия изгиба и кручения

, где .

В большинстве случаев размеры валов определяются соображениями жесткости, а не прочности, и поэтому коэффициенты запаса прочности получаются высокими.

3.9. Выбор и расчет подшипников коробки передач

В существующих коробках передач первичный вал устанавливается обоими концами в радиальных подшипниках качения. Наружный диаметр подшипника заднего конца первичного вала из условия обеспечения сборки коробки передач должен быть больше наружного диаметра шестерни. Поэтому размер подшипника здесь всегда расчетного, что позволяет устанавливать радиальный подшипник, способный воспринять осевую силу, действующую от косозубой шестерни первичного вала.

Вторичный вал передним концом устанавливается в торце первичного вала на роликовом подшипнике, а задний - на шариковом или на роликовом радиально-упорном подшипнике для восприятия осевых усилий.

Промежуточные валы обычно устанавливаются передним концом в шариковых или в роликовых радиальных подшипниках, а задним концом - в роликовых радиально-упорных подшипниках для восприятия осевых усилий или выполняются в виде блока, вращающегося на игольчатых подшипниках. В последнем случае осевое усилие воспринимается упорной шайбой.

Для выбора подшипников вычерчивают схемы валов с указанием действующих сил и моментов и плечами их приложения и определяют реакции в опорах сначала вторичного вала, затем промежуточного и первичного.

Подшипник выбирают по динамической грузоподъемности С, определяемой по нагрузке и частоте вращения :

; ,

где Р =3 - для шарикоподшипников; - для роликоподшипников; - доля времени использования i-й передачи; - относительна частота вращения подшипника на i-й передаче, ; - приведенная нагрузка на подшипник на i-й передаче.

Значения выбирают из табл. 3.7.

Для заднего подшипника вторичного вала .

Для переднего подшипника вторичного вала .

Для промежуточного вала ; . Для расчетов берется , где , , , - передаточные числа соответственно коробки передач, дополнительной коробки, главной передачи и пары постоянного зацепления коробки передач; - средняя скорость движения ();

при ;

при

для однорядных радиальных и радиально-упорных шарико- и роликоподшипников, где и - соответственно радиальная и осевая нагрузки на каждой передаче.

При определении осевых нагрузок следует учитывать осевые составляющие от радиальных нагрузок, которые для радиально-упорных шариковых подшипников равны , а для конических роликоподшипников - , где Х, У - коэффициенты радиальной и осевой нагрузок соответственно; е - табличный коэффициент; V - коэффициент, учитывающий, какое кольцо подшипника вращается (V = 1, если вращается внутреннее кольцо, V = 1,2, если вращается наружное кольцо); К_б - коэффициент безопасности для коробок передач К_б = 1,1...1,3; h - долговечность подшипника, ч, зависящая от межремонтного пробега S автомобиля, который составляет: для легковых малолитражных автомобилей - 100000 км, прочих легковых и грузовых - 160000 км, автобусов - 200000 км, .