Расчет коробки передач

Методические указания к практическим занятиям по курсу

² Требования к конструкции подвижного состава²

для студентов специальности 190701.01 ² Организация перевозок и управление на транспорте (Автомобильный транспорт)²

Составители А. В. Буянкин

В. Г. Ромашко

Рассмотрены и утверждены

на заседании кафедры

Протокол №76 от 26.10.2007

Рекомендованы к печати

методической комиссией

специальности 190701.01

Протокол №76 от 26.10.2007

Электронная копия

хранится в библиотеке

главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2008

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Цель курса ² Требования к конструкции подвижного состава² – дать студентам инженерные знания, необходимые для объективной оценки конструкций автотранспортных средств (АТС), их агрегатов и систем.

В данном курсе решаются следующие задачи:

· знакомство с основными требованиями к конструкциям АТС, их агрегатов и систем, изучение выходных и оценочных параметров агрегатов и систем АТС;

· изучение условий эксплуатации и нагрузочных режимов агрегатов и систем АТС;

· изучение рабочих процессов агрегатов и систем АТС, оценка влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на рабочие процессы и выходные параметры агрегатов и систем АТС;

· знакомство с основами расчета агрегатов и систем АТС на прочность и долговечность.

При изучении данного курса необходимо в первую очередь рассмотреть требования, предъявляемые к конструкции агрегатов и систем АТС, и проанализировать, как эти требования выполняются в существующих конструкциях. Основное внимание следует уделить изучению рабочих процессов и выходных параметров агрегатов и систем АТС. При этом необходимо выделить связи между рабочими процессами, нагрузочными режимами и требованиями к конструкции, а также отметить влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на рабочие процессы и выходные параметры агрегатов и систем АТС.

Проектирование трансмиссии автомобиля обычно осуществляется в такой последовательности: в зависимости от назначения автомобиля определить принципиальную схему трансмиссии, рассмотреть основные характеристики, выбрать принципиальные схемы агрегатов, провести их конструирование и выполнить расчеты на прочность основных деталей. При этом конструктор анализирует существующие конструкции, оценивает их конструктивные, производственные и эксплуатационные достоинства и недостатки, учитывает преемственность, особенности производства и возможности широкой унификации между существующими и проектируемыми образцами.

1 РАСЧЕТ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ

Коробка передач – это механизм трансмиссии автомобиля предназначенный для изменения силы тяги на ведущих колесах путем изменения передаточного числа, длительного отсоединения двигателя от ведущих колес, а также обеспечения движения автомобиля задним ходом.

Классификация и требования к конструкции коробки передач подробно рассмотрены в [3, 4, 5].

На современных автотранспортных средствах наибольшее распространение получили двух- и трехвальные ступенчатые коробки передач с шестернями постоянного зацепления. Для включения передач используют подвижные зубчатые колеса (каретки), зубчатые муфты и синхронизаторы.

а) б)

Рисунок 1.1 – Принципиальная кинематическая схема четырехступенчатой коробки передач:

а – двухвальной коробки передач,

б – трехвальной коробки передач;

1 – ведущий вал, 2 – ведомый вал, 3 – промежуточный вал

Двухвальные коробки передач применяют на переднеприводных легковых автомобилях малого класса и заднеприводных – с поперечным расположением двигателя. Трехвальные коробки передач используют для легковых автомобилей, выполненных по классической схеме, грузовых автомобилей и автобусов.

После выбора схемы коробки передач определяют ее основные размеры. В первую очередь оценивается межосевое расстояние. Межосевое расстояние приближенно можно определить по формуле

, (1.1)

где - максимальный крутящий момент двигателя, Н× м; А – межосевое расстояние, мм; а – эмпирический коэффициент.

Величина эмпирического коэффициента зависит от типа транспортного средства [3]:

· для легковых автомобилей – a = 14, 5 ¸ 16, 0;

· для грузовых автомобилей – a = 17, 0 ¸ 19, 5;

· для транспортных средств с дизелями – a = 20, 5 ¸ 21, 5.

Для коробок передач грузовых автомобилей рекомендуется следующий рациональный ряд межосевых расстояний (таблица 1.1) [5].

Таблица 1.1 – Рекомендуемые значения параметров коробок передач

, Н·м			340 ¸ 420	700 ¸ 850	900 ¸ 1150
А, мм
Число передач

Для коробок передач легковых автомобилей:

А= 65 ¸ 80 мм [5].

Затем устанавливается нормальный модуль зубчатых колес. Нормальный модуль определяется из условий изгибной прочности на усталость или статической прочности при действии максимального момента.

При выборе модуля необходимо учитывать, что его уменьшение при увеличении ширины зубчатого венца зубчатых колес приводит к уменьшению уровня шума. Для уменьшения массы коробки передач следует увеличивать модуль путем уменьшения ширины венцов (при том же межосевом расстоянии).

Для грузовых автомобилей уменьшение уровня шума имеет меньшее значение, чем для легковых, и следует большее внимание уделять уменьшению массы зубчатых передач.

Нормальный модуль , мм, определяют по формуле

, (1.2)

где d – диаметр начальной окружности, мм; b – угол наклона спирали зубьев, град; Z – число зубьев зубчатого колеса.

Торцевой модуль , мм, рассчитывают по формуле

. (1.3)

Как правило, модуль принимается одинаковый для всех зубчатых колес коробки передач, что дает некоторые технологические преимущества. Величина модуля зависит от передаваемого момента и типа транспортного средства (таблица 1.2) [4].

Таблица 1.2 – Значения нормального модуля зубчатых колес коробок передач

, Н× м	, мм	Тип транспортного средства
100 ¸ 200	2, 25 ¸ 2, 75	Легковые автомобили особо малого и малого класса
200 ¸ 400	2, 75 ¸ 3, 5	Легковые автомобили среднего класса и грузовые малой грузоподъемности
400 ¸ 600	3, 5 ¸ 4, 25	Грузовые автомобили средней грузоподъемности
600 ¸ 800	4, 25 ¸ 5, 0	Грузовые автомобили большой грузоподъемности
800 ¸ 1000	5, 0 ¸ 6, 0	Первая передача в коробках передач грузовых автомобилей большой грузоподъемности при малом числе зубьев шестерни (Z = 12)

Стандартные значения нормального модуля, мм [5]:

= 1, 0; 1, 25; 1, 5; 2, 0; 2, 5; 3, 0; 4, 0; 5, 0; 6, 0; 8, 0; и т. д.

Большинство зубчатых колес в коробках передач выполняют косозубыми для уменьшения шума при работе и повышения прочности. При выборе угла наклона учитывают ряд факторов: необходимость обеспечения достаточного осевого перекрытия зубьев; ограничение осевой силы, действующей на подшипники валов; необходимость выдержать заданное межосевое расстояние; условие уравновешивания осевых сил на промежуточном валу (для трехвальных коробок передач).

Угол наклона линии зубьев [5]:

· для зубчатых колес двухвальных коробок передач легковых автомобилей – b = 20 ¸ 25°;

· для зубчатых колес трехвальных коробок передач легковых автомобилей – b = 22 ¸ 34°;

· для зубчатых колес коробок передач грузовых автомобилей – b = 18 ¸ 26°.

Рабочую ширину венцов зубчатых колес коробки передач b, мм, можно определить из соотношения:

. (1.4)

При определении ширины венцов зубчатых колес следует учитывать, что при применении зубчатых колес большей ширины повышаются требования к жесткости валов коробки передач.

Число зубьев колес определяется по известному передаточному числу коробки передач (при условии равенства модулей). Так, например, для второй передачи трехвальной четырехступенчатой коробки передач (рисунок 1.1, б):

, (1.5)

где – передаточное число привода промежуточного вала; – передаточное число зубчатой пары второй передачи.

В обозначении числа зубьев принято следующее: нечетные индексы относятся к ведущим зубчатым колесам, четные – к ведомым.

Меньшее из пары зубчатых колес называют шестерней, большее – колесом.

Число зубьев шестерни первичного вала = 17 ¸ 27 [5], передаточное число привода промежуточного вала = 1, 6 ¸ 2, 5 [2].

Задаваясь числом зубьев шестерни первичного вала и передаточным числом привода промежуточного вала, можно определить число зубьев зубчатого колеса привода промежуточного
вала.

После этого необходимо проверить межосевое расстояние по числу зубьев:

. (1.6)

При определении числа зубьев необходимо учитывать, что нечетное число суммы зубьев передачи предпочтительнее, так как уменьшается возможность получения суммы чисел зубьев с общим множителем, что приводит к неравномерности износа зубьев.

Путем варьирования углом наклона спирали зубьев в заданных пределах необходимо добиться точного совпадения определяемого межосевого расстояния с вычисленным по формуле (1.1). В крайнем случае можно изменять модуль зубчатых колес.

Передаточное число зубчатой пары , можно определить из формулы (1.5)

, (1.7)

Число зубьев зубчатого колеса на промежуточном валу можно рассчитать по формуле

, (1.8)

где – угол наклона спирали зубьев для данной зубчатой пары.

Затем определяется число зубьев шестерни на ведомом валу, после чего необходимо проверить межосевое расстояние по числу зубьев рассчитанной зубчатой пары.

При этом необходимо помнить, что межосевое расстояние и число зубьев зубчатого колеса должны быть целыми числами.

После определения числа зубьев для каждой пары зубчатых колес необходимо уточнить передаточные числа коробки передач на каждой передаче.

Число зубьев шестерни первой передачи, располагающейся на промежуточном валу коробки передач, выбирается минимальным – = 13 ¸ 17 [3], что обусловливается применением шестерни первичного вала с достаточно большим диаметром (для размещения в ней подшипника вторичного вала).

Передаточное число пары зубчатых колес должно быть [2]:

· на низшей передаче – 3, 5 ¸ 4, 0;

· на высшей – 0, 6 ¸ 0, 8.

Для двухвальной коробки передач расчет ведется аналогично, однако в формулах отсутствует передаточное число привода промежуточного вала и по формуле (1.8) определяется число зубьев зубчатых колес с четными индексами.

При выборе основных параметров зубчатых колес коробки передач могут быть использованы данные таблицы 1.3 [5].