Проектирование карданной передачи

Содерж а ние 1 . Расчет показателей эксплуатационных свойств а в томобиля 1.1 Определение параметров двигат е ля 1.2 Расчет внешней скоростной характеристики двиг а теля 1.3 Определение передаточных чисел трансми с сии 1.4 Расчет тягового баланса авт о мобиля 1.5 Расчет мощностного баланса автом о биля 1.6 Расчет динамической характеристики автомоб и ля 1.7 Расчет ускорений автомоб и ля 1.8 Расчет времени и пути разгона автом о биля 1.9 Расчет топливной экономичности автомоб и ля 2 . Обзор конструкции проектируемой карданной п е редачи 3 . Проектирование карданной пер е дачи 3.1 Определение геометрических параметров перед а чи 3.2 Определение размеров поперечного сечения карда н ного вала 3.3 Расчёт критической частоты вращения карда н ного вала 3.4 Определение геометрических параметров трёхшарнирной ка р данной перед а чи 3.5 Определение размеров карданного шарнира 3.6 Проверка игольчатого подшипника на статическую грузопод ъ ёмность и до л говечность Заключ е ние Список используемой литературы 1 Расчёт показателей эксплуатационных свойств автомоб и ля 1.1 Определение параметров двигат е ля К параметрам двигателя , определяемым в данном подразделе , относятся минимальная и максимальная частоты вращения коленвала, вращающий м о мент и мощность двигателя, развиваемая во всем диапазоне частот вращения коленв а ла. Указанные параметры определяются по эмпирическим формулам, полученным на основе анализа существующих конструкций двигателей. И с ходными данными для определения перечисленных параметров двигателя проектируемого автомобиля являю т ся: – тип двигателя – карбюр а торный; – частота вращения коленвала при максимальной мощности ( n eN )=3 0 00 об/мин; – грузопод ъ емность – 4 000 кг; – пассаж и ровместимость - 2 чел овека. Минимально устойчивую частоту вращения коленвала двигателя n emin принимаем по рекомендациям ( грузовые автомобили с карбюраторным дв и гат е лем ): n e min =500…600 об/мин; Принимаю n e min =500 об/мин. Максимальную частоту вращения коленвала двигателя принимаем в зав и симости от номинальной n eN по соотнош е ниям: грузовые автомобили n e max = n e N n emax =3 000 об/мин. Для определения мощности двигателя проектируемого автомобиля нео б ходимо оценить его предполагаемый собственный и по л ный вес. Собственный вес автомобиля определяется по эмпирической зависим о сти: для грузовых автомобилей [ кг ], где k c - коэффициент снаряженного веса; m г - масса груза, перевозимого автомобилем, [ кг ] . Значение коэффициента приведено в табл и це 1. Таблица 1 – Значения коэффициента для грузовых автомобилей Пар а метр Значения параметра m а , кг 1000 2000 4000 6000 8000 10000 k c 1,25 0,8 0,75 0,8 0,85 0.9 m г = 4 000 кг k c = 0.7 5 m a = 0.75 *4 000 = 3 000 кг. Полная масса автомобиля определяется по следу ю щей зависимости , кг где m б - масса багажа пассажиров, кг; m б = 0 n – количество пассажиров; n = 2 m = 3 000 +(75+0)*2 + 4 000 = 7150 кг При движении автомобиля затрачивается мощность на преодоление сил сопротивления дороги ( N Ш ) и сил сопротивления воздуха ( N W ). Суммарная мо щ ность затрачиваемая на движение полностью груженого автомобиля с максимальной скоростью по горизонтальной дороге определяется по форм у ле 1 , кВт (1) где D min - минимальное значение динамическ о го фактора, ; для грузовых автомобилей и автобусов выбирается в интервале значений 0,030…0,045 . Принимаю D min = 0.0 30 ; - максимальная скорость автомобиля по заданию на проектирование, км/ч , =100 км /ч ; k - коэффициент обтекаемости автомобиля, , для грузовых автомоб и лей k = 0,5…0,65 . Принимаю = 0, 5 F - лобовая площадь автомобиля, м 2 ; на этапе проектирования можно пр и нимать ориентировочные знач е ния лобовой площади автомобиля: для грузовых автомобилей F =3…5 , м 2 . При известных габаритных размерах автомобиля или его аналога лобовая площадь автомобиля может быть опред е лена по формуле F = 0,78В а Н а , м 2 , где В а и Н а - габаритные размеры автомобиля по ширине и высоте соотве т ственно, м 2 . F = 0,78*2,38*2,22=4,12, м 2 . N ш + N W = ((7150+0)*0,30*100)/367+0,5*4,12*100 3 /46700=102 кВт . Требуемая для движения полностью груженого автомобиля с максимальной скоростью по горизонтальной дороге мощность двигателя определится по фо р муле 2 , кВт (2) г де з тр - КПД трансмиссии автомобиля , на этапе проектирования принимае т ся для грузовых авт о мобилей з тр = 0,85…0,9. Принимаю з тр = 0, 85 N eVmax = 102/0,85= 1 20 кВт Максимальная мощность двигателя проект и руемого автомобиля может быть определена из формулы Лейдермана 3. ,кВт (3) где a, b, c - коэффициенты уравнения Лейдермана; для карбюраторных дв и гателей a=b=c =1; n emax - максимальная частота вращения коленвала двигат е ля, об/мин; n eN - частота вращения коленвала при максимальной мощности двигателя, об/мин N e max = 120/(1+1– 1) = 120 кВт 1.2 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя Внешняя скоростная характеристика двигателя представляет собой завис и мость мощности и вращающего момента на выходном конце коленвала двиг а теля от частоты вращения коленвала при полностью открытой дроссельной з а слонке или полностью выдвинутой рейке топливного насоса высокого давл е ния. Зависимость между мощностью, развиваемой двигателем, и частотой вр а щения коленчатого вала двигателя описывается с помощью уравнения Лейде р мана - 4, имеющего сл е дующий вид : , кВт (4) где n e - текущая частота вращения коленвала двигателя, для которой опр е дел я ется мощность, об/мин. N e 1 = 120[0,166+0,027 – 0,0046] =22,69 , кВт N e 2 = 120[0,33+0,11 – 0,037] = 48,89, кВт N e 3 = 120[0,5+0,25 – 0,125] = 75, кВт N e 4 = 120[0,66+0,44 – 0,296] = 97,81, кВт N e 5 = 120[0,833+0,694 – 0,579] = 113,8, кВт N e 5 = 120[1+1 – 1] = 120, кВт Вращающий момент на выходном конце коленвала двигателя при разли ч ных частотах его вращения может быть определен по формуле - 5, устанавл и вающей зависимость между вращающим моментом, мощностью и частотой вращения для любого вала. , Нм (5) М е 1 = 9555,3*(22,69/ 500) = 433,6 Нм М е2 = 9555,3*(48,89/1000) = 467 Нм М е3 = 9555,3*(75/1500) = 478 Нм М е4 = 9555,3*(97,81/2000) = 467 Нм М е5 = 9555,3*(113,8/2500) = 435 Нм М е6 = 9555,3*(120/3000) = 382,2 Нм Для построения внешней скоростной характеристики двигателя весь диап а зон частот вращения коленвала двигателя от n min до n max разбивается на 5– 6 и н тервалов размером по 300- 500 об/мин таким образом, чтобы номинальная ча с тота вращ е ния коленвала n N и максимальная n max являлись границами одного или разных интервалов, при этом размеры интервалов, в которых n N и n max я в ляются границами, могут отличаться. По формулам 4 и 5 определяются знач е ния N e и M e для частот вращения коленвала n e , являющихся границами инте р валов, и по полученным результатам строится внешняя скоростная характер и стика дв и гателя. Результаты расчетов по формулам 4 и 5 записываем в таблицу форма кот о рой приведена ниже. Таблица 2 – Расчет мощности N e и вращающего момента M e на коленвалу двигателя при различных частотах вращ е ния n e . n e min n e N n e max n e , об/мин 500 1000 1500 2000 2500 3000 3000 N e , кВт 22,69 48,89 75 97,81 113,8 120 120 M e , Нм 433,6 467 478 467 435 382,2 382,2 M emax = 478 Нм, при n eM = 1500 об/мин. По полученным значениям N e и M e на листе миллиметровой бумаги в ма с штабе строим внешнюю скоростную характеристику двигателя проектируем о го автомобиля, а также определяем частоту вращения коленвала n eM , при кот о рой развивается максимальный вращающий момент M emax на выхо д ном конце коленчатого вала. Значения n eM и M emax необходимо записать после таблицы 2. Форма внешней скоростной характеристики дв и гателя приведена на рисунке 1. Рисунок 1 – Внешняя скоростная характер и стика двигателя. 1.3 Определение передаточных чисел тран с миссии Динамические качества автомобиля определяются во многом числом ст у пеней КПП, передаточными числами КПП и главной передачи. С целью опр е деления числа ступеней и передаточных чисел трансмиссии необходимо в пе р вую очередь определиться со схемой трансмиссии и предст а вить её на рисунке в пояснительной записке. Например, схему трансмиссии классической комп о новки можно пре д ставить так, как на рисунке 2. Ри су нок 2 – Схема трансмиссии проектируем о го автомобиля. Второй этап в решении задачи определения передаточных чисел трансми с сии заключается в подборе шин для проектируемого автомобиля. Тип шин по д бирается по максимальной нагрузке, приходящейся на неё и максимальной ск о рости автомобиля V max . Для определения нагрузок на ш и ны передней и задних осей определ я ются нагрузки на оси автомобиля из выражения 6 , Н (6) где G 1(2) - нагрузка, приходящаяся на пере д нюю - 1 или заднюю -2 оси, Н; g - ускорение свободного падения, м/с 2 (g =9,8 1 м /с 2 ) ; х 1(2) - часть полного веса автомобиля, прих о дящегося на переднюю 1 или задние 2 оси автом о биля, % . У грузовых автомобилей при полном испол ь зовании грузоподъёмности 20-3 0 % полного веса приходится на пере д нюю ось и 70-8 0 % на задние (х 1 =20-3 0 % , х 2 =70-8 0 % ). При затруднении в в ы боре нагрузок на оси проектируемого авт о мобиля следует воспользоваться распределением полного веса по осям у автомобиля аналога. Выбираем п олный вес на переднюю ось x 1 = 3 0 % , на за д нюю ось x 2 = 7 0 % . G 1 = 7150*9,8*(30/100) = 21021 Н G 2 = 7150*9,8*(70/100) = 49049 Н Если после выполнения расчета окажется что нагрузка, приходящаяся на заднюю ось G 2 , значительно превышает н а грузку, приходящуюся на переднюю ось G 1 , то, для исключения значительного недогруза шин передней оси, след у ет увеличить число колес на задней оси, применив дву х скатные колеса, либо увеличить число задних осей. Нагрузку, приходящуюся на шины передней и задних осей, определяют из выражения - 7. , Н (7) где a 1(2) - число передних-1 или задних- 2 осей на автом о биле; b 1(2) - число колес на передней -1 или задней- 2 оси автомобиля; G ш1 =21021/1*2=10511 Н G ш1 =49049/1*4=12262 Н Выбор типа шины производим по рекоменд а циям литературного источника [3], по наиболее нагруженной шине и максимальной допустимой скорости дв и жения на которую рассчитана эта шина. Типоразмер выбранной шины, допу с каемую нагрузку и скорость движения на которую рассчитана шина, а также другие параметры шины приводим в пояснительной записке в виде таблицы -3 Таблица 3 – Характеристика шин проектиру е мого автомобиля. Марка ш и ны Допустимая нагрузка на ш и ну, [ G ], Н Максимально допу с тимая ск о рость,[ V ],км/ч Диаметр обода кол е са, d, Ш Ширина профиля ш и ны, B , Ш Отношение в ы соты профиля шины К ширине ш и ны, Н/ B Высота проф и ля шины, H, Ш Статический р а диус ш и ны, м 2 2 0-508 11500 100 20 8,25 1 8,25 0,443 Отношение высоты профиля шины к ширине профиля Н/В, для шин груз о вых автомобилей составляет 1 и п о этому Н=В . Радиус качения колеса в с шиной выбранной марки определится по форм у ле- 8 r k =0,0127(d+1,7H), м (8) где d - диаметр обода колеса, дюймы ( Ш ); H - высота профиля шины, дюймы ( Ш ); r k = 0 , 0127(20+1 , 7