Расчет тягово-динамических и топливно-экономических характеристик автомобиля ЗИЛ 5301 с разработкой коробки перемены передач

Оглавление
1. Определение параметров автомобиля 2
1.1. Параметры, заданные техническими условиями 2
1.2. Параметры выбираемые 4
1.3. Параметры расчетные 6
2. Тяговый расчет автомобиля 12
2.1. Определение передаточных чисел трансмиссии 12
2.1.1. Определение передаточного числа первой передачи 13
2.2. Определение основных параметров динамичности автомобиля 14
3. расчет топливной экономичности автомобиля 27
4. Расчет механической коробки передач 33
4.1. Определение межосевого расстояния 34
4.2. Расчет валов на статическую прочность 37
4.3. Расчет валов на жесткость 53
5. Расчет зубчатых зацеплений коробки передач 57
5.1. Расчет на контактную усталость и прочность 57
5.2. Расчет на изгибную прочность и выносливость 61
6. Расчет подшипников вторичного вала 63
6.1. Расчет динамической грузоподъемности подшипников 63
6.2. Расчет на статическую грузоподъемность 64
ЛИТЕРАТУРА 66

RYb = (-6,9 ·0,5 · 155,4 + 6,2·360) / 360 = 4,7 кН,
RYa = (-6,9 ·0,5·155,4 + 6,2 ·47) / 360 = -0,7 кН.
Определим изгибающие моменты:
Вертикальная плоскость:
Мв1 = RYa·m ,
Мв2 = Мв1 + Fa2·0,5·dw9,
Мв1= 0,7·360 = 252 Н·м,
Мв2= 252 - 6,9 ·0,5·155,4 = -284 Н·м.
Горизонтальная плоскость:
Мг1 = RXa·m,
Мг1 = 2,23·360 = 805,8 Н·м.
Рис. 17 - Эпюры изгибающих моментов первичного вала
Суммарный изгибающий момент:
;
.
Момент сопротивления изгибу:
Момент сопротивления кручению:
Площадь опасного сечения:
.
Напряжения изгиба:
σ =34,52 < [σ] =350МПа.
Напряжение кручения:
;
Следовательно, запас прочности определяем по пределу прочности.
Коэффициенты запаса прочности по пределу прочности:
по напряжениям изгиба:
;
по напряжениям кручения:
;
Общий коэффициент запаса прочности по пределу прочности:
.
Условия достаточной прочности вала:
;
;
.
Следовательно, диаметр вала можно немного уменьшить, но окончательно решим после расчета на жесткость.
4.3. Расчет валов на жесткость
Расчет промежуточного вала на жесткость.
Уравнение упругой линии:
Уравнение углов поворота:
где Е – модуль упругости материала вала;
х – текущая координата сечения вала, в которой определяют прогиб у и угол поворота Θ;
, - постоянные, определяемые из условий закрепления вала в опорах, для подшипниковых опор =0, ;
- осевой момент инерции сечения вала;
а и b – координаты сечений, в которых приложены сосредоточенные нагрузки М и F.
Определяем осевой момент инерции сечения вала:
Воспользуемся упрощенными формулами для промежуточного вала.
Угол наклона упругой линии в расчетном сечении в плоскости XOZ:
от силы Ft2 (m, n, h и d в см):
;
от силы Ft3:
.
.
Угол наклона упругой линии в расчетном сечении в плоскости YOZ:
от силы Fr2 (n, h и d в см):
;
от силы Fr3:
.
.
Угол наклона упругой линии в расчетном сечении:
. Углы наклона оси вала в опорах при зубчатых колесах не должны превышать 0,002 рад. Вал увеличиваем до d = 65 мм.
Прогиб в расчетных сечениях в плоскости XOZ:
Прогиб в расчетных сечениях в плоскости УOZ:
Допустимая величина прогиба в см:
Условие жесткости выполнено.
Рис.18 – Схемы деформации в плоскостях ZOX и XOY
Прогиб первичного вала в вертикальной плоскости:
Угол наклона сечения первичного вала:
Прогиб вторичного вала в вертикальной плоскости:
Угол наклона сечения вторичного вала:
где и - радиусы начальных окружностей соответствующих колес.
;
=0,0022 мм;
= =-0,0064 мм.
Допустимый угол наклона сечений вала 0,002 рад, у нас 0,0022 рад.
Допустимое значение прогиба 0,05÷0,1 мм, у нас в пределах допустимого.
Расчет зубчатых зацеплений коробки передач
Расчет на контактную усталость и прочность
Определяем окружные скорости зубчатых передач на первой передаче, м/с:
Определяем коэффициенты торцового и осевого перекрытия ступеней, необходимые для проверки качества зацеплений и получения исходных данных для оценки их прочности.
Коэффициент торцового перекрытия:
Для постоянной (2):
Для первой (3):
Коэффициент осевого перекрытия:
Для постоянной (2):
Для первой (3):
Фактическая величина контактных напряжений для первой передаче, МПа, определяем по формулам:
где Ft – окружная сила на делительном цилиндре в торцовом сечении, определяем по формуле:

kН – коэффициент нагрузки при расчете на контактную выносливость:
где - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий, определяется по графикам в справочниках
=1,03; =1,06;
- коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении, степень точности принимаем 9:
=1,1, =1,08.
zЕ - коэффициент, учитывающий механические свойства материала сопряженных зубчатых колес, для стали zЕ = 190;
zН - коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев в полюсе зацепления:

- коэффициент, учитывающий cуммарную длину контактных линий:
;
;
Допускаемое контактное напряжение, не вызывающее опасной контактной усталости материала, МПа:
,
где - предел контактной выносливости поверхности зубьев, соответствующий базовому числу циклов напряжений;
SН – минимальный коэффициент запаса прочности, для колес с поверхностным упрочнением SН = 1,2;
zN – коэффициент долговечности.
Для поверхностной закалки, высокой твердости зубьев 50…58 HRC, для легированной стали:
Коэффициент долговечности определяем из формулы:
при Nk<NHlim, но не более 1,8;
при Nk>NHlim, но не менее 0,75.
где Nk - число циклов напряжений в соответствии с заданным сроком службы:

где Т – срок службы передачи, принимаем Т = 20000 ч.
NHlim – число циклов напряжений, соответствующее перегибу кривой усталости при расчете на контактную выносливость:
.
Для первой передачи (3):
Для постоянной передачи (2):
Условие выполнено, можно даже сделать ширину венца шестерни меньше, если понадобится по конструкции коробки.
Расчет на изгибную прочность и выносливость
Напряжение изгиба в опасном сечении на переходной поверхности зуба, МПа, определяем по формулам:
,
где kF – коэффициент нагрузки при расчете на изгибную выносливость, определяется по формуле:
,
где - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий, определяется по графику из справочников;
- коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении;

,
- коэффициент, учитывающий форму зуба и концентрацию напряжений:
,
где zv – эквивалентное число зубьев, определяемое по формуле:
,
, ;
, .
, ;
, ;
- коэффициент, учитывающий наклон зуба:
Определяем коэффициент , учитывающий перекрытие зубьев, для косозубых передач:
,
, .
Допускаемое напряжение (предполагается, что работа зубьев односторонняя, без реверса):
,
где - предел выносливости зубьев при изгибе:
= 800 МПа.
- коэффициент долговечности, определяется по формуле:
, но не менее 1 и не более 4;
- базовое число циклов напряжений, =4·109;
- коэффициент запаса прочности, =1,7.
,
,
.
Условие выполнено.
расчет подшипников вторичного вала
Расчет динамической грузоподъемности подшипников
Базовая динамическая расчетная грузоподъемность в Н рассчитывается по формулам:
для шариковых подшипников при
где i – число рядов тел качения в подшипнике;
- коэффициент, характеризующий свойства стали с учетом способа ее обработки;
- диаметр шарика, мм;
Z – число шариков или роликов в однорядном подшипнике.
для роликовых подшипников:
где - коэффициент, характеризующий свойства стали с учетом способа ее обработки;
- диаметр ролика, мм.
Для шарикового подшипника 150312: d = 60 мм; D = 130 мм; b = Т = 31 мм, Dw = 22,23 мм, Z = 12.
Для роликового подшипника 12212: d = 60 мм; D = 110 мм; b = 22 мм, Dw = Lwe =12 мм, Z = 18.
Расчет на статическую грузоподъемность
Базовая статическая грузоподъемность в Н рассчитывается по формулам:
для шарикового подшипника:
где - коэффициент, зависящий от геометрии деталей подшипника и от принятого уровня напряжения;
i – число рядов тел качения в подшипнике;
Z – число шариков, воспринимающих нагрузку в одном направлении;
- диаметр шарика, мм.

для роликовых подшипников:
- диаметр ролика, мм.
Lwe – длина ролика;
Z – число роликов, воспринимающих нагрузку в одном направлении;
ЛИТЕРАТУРА
Краткий автомобильный справочник: в 4 т./ Б.В. Кисуленко и др. М.: ИПЦ «Финпол», 2004. - 667 с.
Краткий автомобильный справочник / А.Н.Понизовкин и др. – М.: АО «Трансконсалтинг», НИАТ, 1994.
Лялин В.П. Автомобили. Основы теории эксплуатационных свойств: Учеб. пособие. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2006. – 205с.
Литвинов А.С, Фаробин Я.Е. Автомобиль: теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». – М.: Машиностроение, 1989.-240 с.ил.
Чудаков Е. А. Теория автомобиля. - М.: Машгиз, 1950. – 343 с.
Зимелев Г. В. Теория автомобиля. - М.: Машгиз, 1959.- 312 с.
Тарасик В.П. Теория движения автомобиля: Учебник для вузов.- СПб.: БХВ-Петербург, 2006.- 478с.
Иванов В.В., Иларионов В.А., Морин М.М. Основы теории автомобиля и трактора. – М.: Высшая школа, 1977. – 245с. ил.
Вахламов В.К. Техника автомобильного транспорта: Подвижной состав и эксплуатационные свойства. Учебное пособие: – М.: Издательский центр «Академия», 2004.-528 с.
Андреев Б. В. Теория автомобиля: Учеб. пособие.- Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1984.- 148 с.
Чмиль В.П., Чмиль Ю.В. Автотранспортные средства: Учебное пособие. – СПб. : Издательство «Лань», 2011.-336 с.
Лукин П.П. и др. Конструирование и расчет автомобиля. Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Автомобили и тракторы». –М.: Машиностроение, 1984. – 376 с.
Проектирование трансмиссий автомобиля: Справочник. Под общей ред. А.И. Гришкевич. –М.: Машиностроение, 1984. – 270 с.
Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчета. В.В. Осепчугов, А.К. Фрумкин. М.: Машиностроение, 1989. – 270 с.
Нарбут А.Н. Автомобили: Рабочие процессы и расчет механизмов и систем: учебник для студ. Высш. учеб. заведений / А.Н. Нарбут. –М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 256 с.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т.: Т. 2. Под ред. И.Н. Жестковой. –М.: Машиностроение, 2001. – 912с.
АОУ ВПО РГППУ гр.АТ-
68
Листов
Лит.
Расчет тягово-динамических и топливно-экономических характеристик автомобиля ЗИЛ 5301 с разработкой коробки перемены передач
Утверд.
Н. Контр.
Реценз.
Провер.
Разраб.
КП.051000. РПЗ
1
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
2
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
3
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
4
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
6
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
7
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
5
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
8
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
9
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
10
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
11
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
12
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
13
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
14
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
15
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
16
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
17
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
18
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
19
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
20
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
21
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
22
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
23
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
24
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
25
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
26
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
27
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
28
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
29
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
30
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
31
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
32
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
33
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
34
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
35
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
36
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
37
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
38
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
39
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
40
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
41
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
42
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
43
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
44
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
45
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
46
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
47
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
48
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
49
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
50
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
51
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
52
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
53
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
54
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
55
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
56
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
57
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
58
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
59
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
60
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
61
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
62
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
63
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
64
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
65
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП.051000. РПЗ
66
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.