Расчёт тягово-динамических и топливо-экономических характеристик автомобиля ЗИЛ-131Н с разработкой коробки перемены передач

Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. РАСЧЕТ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ 6
1.1. Техническая характеристика автомобиля 6
1.2 Определение параметров двигателя 9
1.3 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя 12
1.4 Определение передаточных чисел трансмиссии 13
1.5 Расчет тягового баланса автомобиля 18
1.6 Расчет мощностного баланса автомобиля 21
1.7 Расчет динамической характеристики автомобиля 23
1.8 Расчет ускорений автомобиля 26
1.9 Расчет времени и пути разгона автомобиля 28
1.10 Расчет топливной экономичности автомобиля 30
2. РАСЧЁТ КОРОБКИ ПЕРЕМЕНЫ ПЕРЕДАЧ АВТОМОБИЛЯ 34
2.1 Выбор кинематической схемы и материала деталей КПП 34
2.2 Выбор основных параметров КПП 35
2. 3 Определение минимального числа зубьев шестерни первой передачи. 37
2.4 Определение числа зубьев зубчатых колес КПП. 38
2.5 Корректировка межосевого расстояния и передаточных чисел КПП. 40
2.6 Определение геометрических размеров зубчатых колес КПП 41
2.7 Определение числа зубьев зубчатых колёс передачи заднего хода 43
2.9 Проверочный расчет зубьев зубчатых колес КПП на усталость от 46
изгиба 46
2.10 Расчет зубчатых колес КПП на контактную выносливость 53
3. СБОРКА КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 58

2.7 Определение числа зубьев зубчатых колёс передачи заднего хода
Число зубьев зубчатых колёс передачи заднего хода и передаточное число передачи заднего хода, определяется из условия примерного равенства передаточных чисел пары шестерен первой передачи КПП и шестерен передачи заднего хода.
Если передача заднего хода в КПП реализуется путём введения в зацепление блока паразитных шестерен с ведущей и ведомой шестернями заднего хода (см. рисунок 3.3), то передаточное число передачи определяется следующим образом:
,
диаметр делительной окружности , мм
диаметр окружности вершин зубьев , мм
диаметр окружности впадин зубьев , мм
 мм
мм
мм
мм
мм мммммм
мммммммм, мм
где - суммарное число зубьев пар шестерен заднего хода
мм
мм
2.8 Определение сил, действующих в зацеплении зубчатых колес
В зацеплении зубчатых колес при передаче вращающего момента возникает сила, нагружающая валы и подшипники КПП, которая обычно раскладывается на три составляющие силы: окружную силу P, радиальную R и осевую Q.
Значения сил, возникающих в зацеплениях пар зубчатых колес проектируемой КПП, определяются по формулам (3.11):
, Н
, Н (2.11)
,Н 
где – делительный диаметр шестерни (ведущей или ведомой) пары зубчатых колес в зацеплении которой определяется сила, м;
- угол зацепления, град.; для зубчатых колес с эвольвентным профилем зубьев = 20o
М – вращающий момент на валу шестерни передачи, Нм;
Значения M для различных шестерен КПП могут определяться двумя методам: по максимальному моменту двигателя Me max, если максимальная тяговая сила на ведущих колесах автомобиля не превышает максимальной силы сцепления ведущих колес с дорогой
(2.12)
Сравнение PT max и Рсц производилось в первой части проекта в подразделе 1.3
Условие 3.12 выполняется, то вращающий момент на валах ведущих шестерен различных пар зубчатых колес определяется следующим образом: - для пары шестерен постоянного зацепления трехвальных КПП
,Нм
Нм
- для пар шестерен основных передач трехвальных КПП и для ведущей шестерни заднего хода
,Нм
где – передаточное число пары шестерен постоянного зацепления (см.п.2.1); Нм
Нм
Нм
Нм
Нм
Нм
Нм
Нм
- для пар шестерен основных передач трехвальных КПП и для ведомой шестерни заднего хода
,Нм
где - передаточное число пар шестерен КПП, и передачи заднего хода
 Нм
Нм
Нм
Нм
Нм
 Рассчитанные параметры зубчатых зацеплений КПП необходимо занести в таблицу 2.1
2.9 Проверочный расчет зубьев зубчатых колес КПП на усталость от
изгиба
Расчет зубьев шестерен на усталость при изгибе выполняется по формуле (2.13):
(2.13)

где P –окружная сила, возникающая в зацеплении зубчатых колес, Н
(cм. табл.3.1)
– коэффициент формы зуба, принимаемый по таблице 2.2 в зависимости от эквивалентного числа зубьев и коэффициента смещения исходного контура зубьев X.
Эквивалентное число зубьев определяется по формуле 2.14
(2.14)


Для эквивалентного числа зубьев не приведенного в таблице 2.2 коэффициент формы зуба необходимо определять методом интерполирования.
Y –коэффициент, учитывающий изменение плеча действия силы по линии контакта зубьев косозубого зубчатого колеса; определяется по формуле (2.15):
, (2.15)

– коэффициент нагрузки;
где –коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями, находящимися в зацеплении; для прямозубых колес = 1; для косозубых – принимается в зависимости от степени точности изготовления колес по таблице 2.3. Для выбора значения коэффициента необходимо подсчитать линейную скорость точек зубчатых колес, лежащих на их делительных диаметрах по формуле (2.16):
, м/с (2.16)
где – делительный диаметр зубчатого колеса, м.
– расчетная частота вращения зубчатого колеса, об/мин;
- для ведущей шестерни пары постоянного зацепления трёхвальных КПП
;
об/мин
- для ведущих шестерен всех передач трехвальных КПП ;
об/мин
об/мин
об/мин
об/мин
об/мин
- для ведомых зубчатых колес трехвальных КПП ;
об/мин
об/мин
об/мин
об/мин
- для первой шестерни блока шестерен заднего хода ;
об/мин  , м/с
, м/с
, м/с
, м/с
, м/с
, м/с
, м/с
, м/с
, м/с
, м/с
, м/с
, м/с
, м/с
, м/с
Таблица 2.2 – Значения коэффициента формы зуба Yi.
Zэкв Коэффициент смещения исходного контура Х -0,5 -0,6 -0,25 -0,16 0 0,16 0,25 0,4 0,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 - - - - - - - 3,68 3,46 16 - - - - 4,28 4,02 3,78 3,54 3,40 20 - - - 4.40 4.07 3,83 3,64 3,5 3,39 25 - - 4,3 4,13 3,90 3,72 3,62 3,47 3,40 32 4,5 4,27 4,05 3,94 3,78 3,65 3,59 3,46 3,40 40 4,14 4,02 3,88 3,81 3,70 3,61 3,57 3,48 3,42 50 3,96 3,88 3,78 3,73 3,68 3,58 3,54 3,49 3,44 60 3,82 3,78 3,71 3,68 3,62 3,57 3,54 3,5 3,47 70 3,79 3,74 3,68 3,66 3,61 3,56 3,55 3,50 3,48 80 3,73 3,7 3,66 3,63 3,60 1,55 3,55 3,51 3,50 Продолжение таблицы 3.2
90 3,70 3,68 3,64 3,62 3,60 3,55 3,55 3,53 3,51 100 3,68 3,66 3.62 3,61 3,60 3,56 3,56 3,55 3,52 180 3,64 3,62 3,62 3,62 3,62 3,59 3,58 3,56 3,56 >180 3,63 3,63 3,63 3,63 3,63 3,63 3,63 3,63 3,63
Таблица 2.3 – Значения коэффициента для косозубых зубчатых колес.
Степень
точности 6 7 8 9 KF 0,72 0,81 0,91 1,00
Рекомендуемые степени точности зубчатых колёс в зависимости от окружной скорости их вращения приведены в таблице 2.4
Таблица 2.4 – Рекомендуемые степени точности изготовления зубчатых колес
Зубчатая
передача Окружная скорость < 5 5 ÷ 8 8 ÷ 12,5 >12,5 Цилиндрическая
косозубая 9 9 8 7 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения
нагрузки по длине зуба; значения коэффициента принимаются по таблице 2.5 в зависимости от расположения зубчатого колеса относительно опор в КПП, в зависимости от отношения b / d , в зависимости от твёрдости зубьев зубчатых колес ( в КПП зубья всех зубчатых колес имеют твердость > HRC 40 ). Типы зубчатых колес в зависимости от местоположения в КПП приведены на рисунке 2.4.
Таблица 2.5 –Значения коэффициента при твердости зубьев ≥ HRC 40
Тип передачи b / d 2 3 4 0,2 1,16 1,12 1,08 0,4 1,34 1,23 1,13 0,6 1,53 1,38 1,23 0,8 1,74 1,53 1,32 1,0 1,95 1,67 1,42 1,2 - 1,81 1,53 1,4 - - 1,67
– коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении зубчатых колес.
Значения коэффициента принимаются по таблице 3.6 в зависимости от окружной скорости шестерен V, степени точности изготовления зубчатых колес и твердости рабочих поверхностей зубьев.
Таблица 3.6 –Значения коэффициента при твердости зубьев ≥ HRC 40
Окружная скорость зубчатого колеса, V, м/с Cтепень
точности 1 2 4 6 8 10 6 1,01 1,02 1,03 1,04 1,06 1,07 7 1,01 1,02 1,03 1,05 1,07 1,08 8 1,01 1,02 1,03 1,05 1,07 1,08 9 1,01 1,02 1,04 1,06 1,08 1,09
[F] – предел выносливости для материала зубчатого колеса на изгиб; МПа; пределы выносливости для материалов зубчатых колес приведены в таблице 2.11.
Расчет зубьев шестерен КПП на изгибную выносливость удобнее выполнять в табличном виде и представить расчеты в виде таблиц 2.7 и 2.8
Таблица 2.7 – Определение параметров, влияющих на изгибную выносливость
зубьев зубчатых колёс КПП.
Noзуб.
колеса Шири-
на
венца,
b, мм Делит.
диам.,
d, мм Окружн.
скорость,
V, м/с Степень
точности
b/d Тип
колеса
KF KF KFV KF 1' 29 76,5 4,2 9 0,4 3 1 1,23 1,15 1,41 1" 29 171 4,2 9 0,2 3 1 1,12 1,15 1,29 2' 47 88 4,9 9 0,5 3 1 1,16 1,17 1,36 2" 47 159,5 4,9 9 0,3 3 1 1,07 1,17 1,25 3' 47 110 6,1 9 0,4 3 1 1,23 1,21 1,49 3" 47 137,5 6,1 9 0,3 3 1 1,07 1,21 1,29 4' 47 132 7,3 9 0,4 2 1 1,34 1,25 1,68 4" 47 115,5 7,3 9 0,4 2 1 1,34 1,25 1,69 пз' 47 93,5 8,6 9 0,5 2 1 1,25 1,29 1,61 пз" 47 154 8,5 9 0,3 2 1 1,07 1,29 1,38 ЗХ' 29 76,5 4,2 9 0,4 3 1 1,23 1,15 1,41 ЗХ″ 29 171 4,2 9 0,2 3 1 1,12 1,15 1,29 пар.1 29 76,5 4,2 9 0,4 4 1 1,13 1,15 1,30 пар.2 29 76,5 4,2 9 0,4 3 1 1,23 1,15 1,41
Таблица 2.8 –Расчет зубьев зубчатых колес КПП на выносливость от изгиба.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1' 17 17 4,23 0 1 29885 4,5 1,41 277 1000 1" 38 38 3,72 0 1 29953 4,5 1,29 797 1000 2' 16 29 3,83 35,1 0,75 25980 4,5 1,36 288 300 2" 29 53 3,66 35,1 0,75 25944 4,5 1,25 224 300 3' 20 37 3,73 35,1 0,75 20784 4,5 1,49 160 300 3" 25 46 3,69 35,1 0,75 20785 4,5 1,29 164 300 4' 24 44 3,69 35,1 0,75 17320 4,5 1,68 140 300 4" 21 38 3,72 35,1 0,75 17420 4,5 1,69 143 300 пз' 17 31 3,80 35,1 0,75 14819 4,5 1,61 200 300 пз" 28 51 3,67 35,1 0,75 14845 4,5 1,38 118 300 ЗХ' 17 17 4,23 0 1 29885 4,5 1,41 277 1000 ЗХ″ 38 38 3,72 0 1 29953 4,5 1,29 797 1000 пар.1 17 17 4,23 0 1 29885 4,5 1,30 244 300 пар.2 17 17 4,23 0 1 29885 4,5 1,41 277 300
2.10 Расчет зубчатых колес КПП на контактную выносливость
Расчет зубьев зубчатых колес КПП на контактную выносливость сводится к определению контактных напряжений на зубьях ведомых зубчатых колес передач и сравнении их с допустимыми значениями напряжений. При расчете используется формула:
(3.17)
где - коэффициент передачи; = 270 – для косозубых передач.
- передаточное число пары шестерен i - ой передачи КПП; (см. п.3.5);
A – межосевое расстояние КПП; мм
–вращающий момент на ведомом зубчатом колесе i–ой передачи, Нм; (см. п.2.8)
–коэффициент нагрузки;

где – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями шестерни, для косозубых зубчатых колес значения коэффициента принимаются по графику на рисунке 3.9 в зависимости от степени точности изготовления колеса и окружной скорости точек колеса, лежащих на его делительном диаметре.
0 5 10 15 20
–коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине зуба; значения коэффициента приведены в таблице 2.9 в зависимости от отношения b/d, схемы расположения зубчатых колес передачи в КПП (см. рисунок 3.8), для зубьев с твердостью рабочей поверхности ≥ HRC 40.
Таблица 2.9 –Значения коэффициента
b /d Тип передачи (см. рис.3.8) 2 3 4 0,2 1,2 1,15 1,09 0,4 1,45 1,3 1,18 0,6 1,7 1,5 1,3 0,8 2 1,7 1,43 1,0 2,3 1,9 1,56 1,2 - 2,1 1,72 1,4 - - 1,9
KHV – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку на зубья шестерни.
Значения коэффициента принимаются по таблице 2.10 в зависимости от окружной скорости вращения зубчатого колеса и степени точности его изготовления при твердости рабочей поверхности зубьев ≥ HRC 40.
Таблица 2.10 – Значения коэффициента KHV
Степень
точности Окружная скорость зубчатого колеса V, м/с 1 2 4 6 8 10 6-я 1,00 1,00 1,02 1,02 1,03 1.04 7-я 1,00 1,01 1,02 1,03 1,03 1,04 8-я 1,01 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 9-я 1,01 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05
предел выносливости материала зубчатых колес по контактным напряжениям.
Значения пределов выносливости по контактным напряжениям и напряжениям изгиба для наиболее часто применяемых материалов зубчатых колес, обеспечивающих твердость рабочих поверхностей зубьев ≥ HRC 40, приведены в таблице 2.11
Таблица 2.11 – Пределы выносливости материалов зубчатых колес по контактным напряжениям и напряжениям изгиба.
Ступени
КПП Тип автомобилей легковые и грузовые малой
и средней грузоподъёмности Грузовые большой
грузоподъемности F],МПа H],МПа FМПа H],МПа Первая передача и
передача заднего хода 600…900 1500…2000 500…1000 3000…4000 Высшие передачи КПП
300…800 1000…1400 200…300 2000…2800
Расчет зубьев зубчатых колес КПП на контактную выносливость следует представить в табличном виде в форме таблицы 2.12

Таблица 2.12- Расчет зубьев зубчатых колес КПП на контактную выносливость.
Noзуб.
колеса u М″,
Нм Окружн.
скорость,
V, м/с Степень
точности
b/d Тип
Колеса KH
H
KHV KН H,
МПа H],
МПа 1" 2,24 2561 4,2 9 0,2 3 1
1,15
1,14 1,31 2253 4000 2" 1,81 2069 4,9 9 0,3 3 1,14
1,23
1,025 1,44 1431 2800 3" 1,25 1429 6,1 9 0,3 3 1,65
1,23
1,031 2,09 1486 2800 4" 0,88 1006 7,3 9 0,4 2 1,16
1,3
1,037 1,56 1168 2800 пз" 1,65 1143,1 8,5 9 0,3 2 1,17
1,23
1,043 1,50 1088 2800 ЗХ″ 2,24 2561 4,2 9 0,2 3 1
1,15
1,14 1,31 2253 4000
По результатам расчета необходимо сравниваем величины расчетных напряжений с предельно допустимыми и делаем вывод о том, что зубчатые колеса разработанной КПП работают в нормальных условиях при данных нагрузках.
3. СБОРКА КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ
Корпус картера коробки передач выполнен не разборным, поэтому сборка валов осуществляется последовательно. Первым в корпус устанавливается промежуточный вал в сборе, крепятся крышки и стаканы подшипников, через регулировочные прокладки. Далее устанавливается выходной вал коробки передач и крепится на задней опоре. Через установочный лючок устанавливается шестерня задней передачи в сборе с игольчатыми подшипниками и фиксируется осью, а ось фиксируется крышкой. Устанавливается первичный вал коробки передач в сборе с крышками и через регулировочные прокладки крепится на корпусе.
Крышка коробки передач устанавливаются с прокладкой. Штоки переключения передач, крепятся на крышке, на них крепятся ползуны и вилки переключения передач и фиксируются болтами, болты связываются проволокой. Наконечник рычага переключения передач устанавливают в картер крышки коробки передач. Устанавливают блокировочные шарики в крышку, после чего крепят крышку рычага переключения передач к крышке механизма переключения. Собранную крышку механизма устанавливают на коробку передач через бумажную прокладку.(Внимание! При установке убедитесь, что вилки переключения передач попали в пазы синхронизаторов)
Разборку производить в обратном порядке.
Список используемой литературы
Перчаткин Ю. В., В. Н. Ушаков Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Автомобили». - Орск: ГОУ ОГУ, 2006г. – 34с.
Бухарин Н. А., Прозоров В. С., Щукин М. М., Автомобили. Конструкция, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля. Учебное пособие для вузов. Л., «Машиностроение», 1973.
Иванов В. В., Илларионов В. А., Морин М. М. Основы теории автомобиля и трактора. М., «Высшая школа», 1997.
Краткий автомобильный справочник НИИАТ.
Лукин П. П., Гаспарянц Г. А. Расчет и конструирование автомобиля. М., «Машиностроение».
6.Чмиль В.П., Чмиль Ю.В. Автотранспортные средства: Учебное пособие. - СПб. :Издательство «Лань», 2011.-336 с.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Датаа
Лист
2
Разраб.
.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утв.
Лит.
Листов
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Датаа
Лист
3
Разраб.
.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утв.
Лит.
Листов
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Датаа
Лист
4
Разраб.
.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утв.
Лит.
Листов
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Датаа
Лист
6
Разраб.
.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утв.
Лит.
Листов
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
20
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
21
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
22
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
23
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
24
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
25
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
26
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
27
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
28
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
29
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
30
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
31
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
32
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
33
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Датаа
Лист
34
Разраб.
.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утв.
Лит.
Листов
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
35
Z”зх
100 200 400 800 1000 2000 3000 5000 7000 10000
Нм
,мм

6

5

4

3
2

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
36
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
37
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
38
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
39
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
40
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
41
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
42
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
43
Z”пар
Z’пар
Z’зх
Рисунок 2.3 – Передача заднего хода с блоком паразитных шестерен.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
44
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
45
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
46
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
47
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
48
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
49
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
50
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
51
2
3
3
3
4
2
Рисунок 2.4 – Схема расположения зубчатых колес в КПП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
52
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
53
9 -я
8-я
1,1
7 -я
6 –я
степень точности
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
54
1,0
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
55
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
56
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Датаа
Лист
57
Разраб.
.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утв.
Лит.
Листов
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Датаа
Лист
58
Разраб.
.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утв.
Лит.
Листов