2 Расчёт карданной передачи

При разработке карданной передачи с асинхронными шарнирами необходимо предусмотреть выполнение условий, обеспечивающих синхронное вращение валов, и вычертить её кинематическую схему, приведенную на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схемы карданных передач автомобилей:

а) с промежуточным валом,

б) без промежуточного вала.

В карданной передаче определяют внутренний и наружный диаметры валов. Для этого задаются коэффициентом запаса по критической частоте вращения, принимая его в пределах , и определяют критическую частоту вращения вала по выражению:

(2.1)

где - максимально возможная при движении автомобиля частота вращения карданного вала.

Максимально возможная частота вращения карданного вала

(2.2)

где- максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя;

- передаточное число последней (высшей) передачи коробки передач.

Найденное значение , подставляют в следующее выражение:

(2.3)

где D и d – соответственно наружный и внутренний диаметр карданного вала, мм;

- длина карданного вала (расстояние между центрами шарниров), мм.

Задавшись внутренним диаметром карданного вала по ГОСТ 5005-32.Трубы стальные электросварные холоднодеформированные для карданных валов. Технические условия и, определив по компоновочной схеме автомобиля длину вала (при двух вальной карданной передаче - длину большего вала), из выражения (2.3) определяют D.

Полученное значение D округляют до ближайшего значения и сравнивают со значением

,

где - толщина стенки вала.

Если найденное значение D не соответствует сумме ни при одном из значений , указанных для принятой величины d, задаются другим значением внутреннего диаметра и расчёт повторяют.

Прочность вала на кручении проверяют по выражению:

, (2.4)

где . – расчётный крутящий момент,Нм;

Расчётный крутящий момент,Нм

(2.5)

где- коэффициент запаса сцепления;

- максимальное значение крутящего момента двигателя, Нм;

- передаточное число первой передачи.

Напряжений кручения должны быть в пределах 100-300 МПа.

Угол закручивания вала, град., находят по выражению:

, (2.6)

где - модуль сдвига материала (для стали G =85 ГПа);

- полярный момент инерции сечения.

Для полого вала полярный момент инерции сечения

(2.7)

Угол закручивания не должен превышать на метр длины вала. В противном случае следует увеличить площадь поперечного сечения карданного вала или уменьшить его длину.

3 Расчёт главной передачи

После выбора и обоснования инструкции главной передачи составляют ее кинематическую схему, приведенную на рисунке 3.

Рисунок 3 - Кинематическая схема главной передачи автомобиля.

Расчётом определяют основные параметры и размеры конической пары шестерен (число зубьев, модуль, габаритные размеры).

Число зубьев шестерен находят, исходя из передаточного числа, определённого в тяговом расчёте, принятой кинематической схемы главной передачи и минимального числа зубьев ведущей шестерни. Обычно принимают (меньше значения – для грузовых автомобилей).

Если главная передача двойная, то задаются передаточным числом конической пары в пределах

(3.1)

Передаточное число пары цилиндрических шестерен определяют из условия:

, (3.2)

где - передаточное число главной передачи, определяемое в тяговом расчете.

Задавшись значением , находят число зубьев из условия:

, (3.3)

Модуль зубьев шестерен, мм по большому радиусу вычисляют по выражению:

, (3.4)

где - расчетный крутящий момент на ведущей шестерне, Нм;

- угол наклона спирали ведущей шестерни, обычно ;

– коэффициент формы зуба, находят из таблицы 1.1, исходя из приведенного числа зубьев

- число зубьев ведущей шестерни;

L – длина образующей конуса (L=90-150 мм);

, (3.5)

где - длина зуба, мм (обычно );

- напряжение изгиба зуба, =420-550 МПа (меньшее значение – при консольном креплении вала ведущей шестерни).

Приведенное число зубьев

, (3.6)

где - половина угла при вращении начального конуса ведущей шестерни. Для пары конических шестерен .

Прочность шестерни также оценивают по контактным напряжениям, МПа

, (3.7)

где P – условное окружное усилие, действующее на среднем радиусе, Н;

Е – модуль продольной упругости материала, ГПа;

- длина линии контакта зубьев, мм;

- угол зацепления, принимают ;

- радиусы эквивалентных цилиндрических шестерен, соответствующих ведущей и ведомой коническим шестерням.

Условное окружное усилие, Н

, (3.8)

где - расчетный крутящий момент, Нм