- •Основы конструирования автомобилей
- •Введение
- •1. Основы проектирования автомобилей
- •1.1. Свойства автомобилей
- •1.2. Требования, предъявляемые к конструкции автомобилей
- •1.3. Стадии проектирования автомобилей
- •1.3.1. Техническое задание
- •Раздел 2 «Технические требования» определяет показатели качества и эксплуатационные характеристики автомобиля с учетом действующих стандартов и норм, в общем случае включает десять подразделов.
- •1.3.2. Эскизный проект
- •1.3.3. Технический проект
- •1.3.4. Рабочая документация
- •1.3.5. Порядок постановки автомобилей на производство
- •2. Нагрузочные и расчетные режимы. Методы расчета
- •2.1. Рабочие процессы агрегатов и систем автомобилей
- •2.2. Эквивалентная динамическая система трансмиссии автомобиля
- •2.3. Методы расчета элементов трансмиссии
- •3. Сцепления
- •3.1. Назначение. Классификация. Требования
- •3.2. Определение основных параметров сцепления
- •3.3. Рабочий процесс сцепления
- •3.4. Расчет на износ. Тепловой расчет
- •3.5. Расчет элементов сцепления
- •3.5.1. Расчет нажимных пружин
- •3.5.2. Расчет нажимного диска
- •3.5.3. Расчет ведомого диска
- •3.5.4. Расчет рычагов выключения
- •3.6. Расчет привода сцепления
- •4. Коробка передач
- •4.1. Назначение. Классификация. Требования
- •4.2. Определение основных параметров механической ступенчатой коробки передач
- •4.3. Расчет зубьев шестерен на прочность и долговечность
- •4.4. Расчет валов
- •4.5. Расчет подшипников
- •4.6. Расчет синхронизатора
- •5. Карданная передача
- •5.1. Назначение. Классификация. Требования
- •5.2. Рабочий процесс карданных шарниров
- •5.2.1. Кинематика карданных шарниров
- •5.2.2. Динамика карданного шарнира неравных угловых скоростей
- •5.3. Расчет элементов карданной передачи
- •5.3.1 Расчет карданной передачи с шарнирами неравных угловых скоростей
- •5.3.2 Расчет карданной передачи с шарнирами равных угловых скоростей
- •6. Главная передача
- •6.1. Назначение. Классификация. Требования
- •6.2. Нагрузки в главных передачах
- •6.3. Расчет шестерен главной передачи на прочность и долговечность
- •6.4. Расчет валов и подшипников главной передачи
- •7. Дифференциал
- •7.1. Назначение. Классификация. Требования
- •7.2. Кинематический анализ дифференциала
- •7.3. Расчет основных элементов дифференциала
- •8. Полуоси
- •8.1. Назначение. Классификация. Требования
- •8.2. Нагрузки, воспринимаемые полуосями
- •8.3. Расчет полуосей
- •9. Несущие системы
- •9.1. Назначение. Классификация. Требования
- •9.2. Расчет рамы автомобиля
- •9.3. Расчет кузова
- •10. Мосты
- •10.1. Назначение. Классификация. Требования
- •10.2. Расчет мостов
- •10.2.1. Расчет ведущего моста
- •10.2.2. Расчет управляемого моста
- •10.2.3. Расчет комбинированного моста
- •11. Подвески
- •11.1. Назначение. Классификация. Требования
- •11.2. Колебания и плавность хода автомобилей
- •11.3. Расчет упругих элементов подвески
- •11.4. Расчет направляющих устройств подвески
- •11.5. Расчет амортизаторов
- •12. Колеса. Шины
- •12.1. Назначение. Классификация. Требования
- •12.2. Расчет подшипников ступиц
- •13. Рулевое управление
- •13.1. Назначение. Классификация. Требования
- •13.2. Определение параметров рулевого управления
- •13.3. Кинематический расчет рулевого привода
- •13.4. Расчет элементов рулевого управления
- •14. Тормозные системы
- •14.1. Назначение. Классификация. Требования
- •14.2. Анализ тормозных механизмов
- •14.3. Расчет тормозных механизмов
- •14.4. Расчет тормозных приводов
- •Литература
4.5. Расчет подшипников
Подбор подшипников коробки передач проводится с учетом их работоспособности. С этой целью рассчитывают коэффициент работоспособности, который учитывает нагрузки подшипника, его частоту вращения и долговечность.
Коэффициент работоспособности подшипника определяют по формуле:
, (4.26)
где –эквивалентная нагрузка; –частота вращения подшипника; –долговечность подшипника.
Для радиальных и радиально-упорных подшипников эквивалентную нагрузку рассчитывают по формуле:
, (4.27)
где –радиальная нагрузка на подшипник; – осевая нагрузка на подшипник; m – коэффициент приведения нагрузок; –коэффициент безопасности; – кинематический коэффициент.
Радиальные и осевые силы, действующие на подшипник на каждой передаче, представляют собой реакции опор валов коробки передач и рассчитываются по формулам для этих сил. Однако в формулах вместо максимального крутящего момента двигателя необходимо принимать расчетный момент:
, (4.28)
где – коэффициент использования крутящего момента.
Коэффициент использования крутящего момента зависит от удельной мощности автомобиля и может быть определен по эмпирической формуле:
, (4.29)
где –удельная мощность.
Частоту вращения подшипника рассчитывают по формуле:
, (4.30)
где –средняя техническая скорость автомобиля.
Долговечность подшипника определяют по формуле:
. (4.31)
где S – пробег автомобиля до капитального ремонта.
После определения коэффициента работоспособности подшипников коробки передач их выбирают по каталогу.
4.6. Расчет синхронизатора
Наибольшее распространение для коробок передач современных автомобилей получили инерционные конусные синхронизаторы.
Процесс работы синхронизатора состоит из трех этапов (выравнивание, блокировка и включение), в соответствии с чем синхронизатор имеет три обязательных элемента:
выравнивающий – фрикционный элемент, поглощающий энергию сил инерции вращающихся масс за счет трения (латунные конусные кольца);
блокирующий – устройство, препятствующее перемещению включающего элемента до полного выравнивания угловых скоростей (блокирующие кольца или пальцы);
включающий – элемент, жестко соединяющий зубчатое колесо с валом (зубчатая муфта или каретка).
Помимо этого, синхронизаторы имеют вспомогательные элементы – элементы упругой связи между деталями.
Выравнивание угловых скоростей можно проиллюстрировать динамической системой, принятой для анализа работы инерционного синхронизатора (рисунок), где – суммарный приведенный момент инерции деталей, связанных с включаемым зубчатым колесом при выключенном сцеплении;– суммарный приведенный момент инерции деталей, связанных с ведомым валом коробки передач.
Для выравнивания угловых скоростей соединяемых элементов необходимых на поверхностях конусов создать момент трения .
Управление динамики подсистемы с моментом инерции можно записать в виде:
. (4.32)
Считая = const в течении синхронизации и проинтегрировав выражение, получим:
, (4.33)
где – угловая скорость включаемого зубчатого колеса более высокой передачи;– угловая скорость ведомого вала до переключения (принято, что в процессе переключения= const);– время синхронизации.
Тогда
. (4.34)
Момент трения может быть выражен через нормальную силу на конусах выравнивающих элементов:
. (4.35)
где – коэффициент трения;– средний радиус конуса.
В свою очередь, нормальная сила может быть выражена через усилие S, создаваемое водителем:
, (4.36)
откуда
. (4.37)
Работу, затрачиваемую на выравнивание угловых скоростей (работу трения, затрачиваемую на поглощение кинетической энергии вращающихся деталей), определяют по формуле:
. (4.38)
Синхронизаторы принято оценивать по удельной работе буксования, которую рассчитывают по формуле:
, (4.39)
где – площадь конуса трения синхронизатора.
Допустимая удельная работа буксования – [] = 0,03 0,4 МДж/м2.
Работа трения синхронизатора сопровождается выделением теплоты. За одно включение передачи температура синхронизатора повышается на величину:
, (4.40)
где – коэффициент перераспределения теплоты между деталями;– масса синхронизатора;– удельная теплоемкость материала.
Допустимый нагрев – [] = 15 ÷ 30° C.
Как уже было отмечено выше, блокировка осуществляется кольцами или пальцами, препятствующими включению передачи до полного выравнивания угловых скоростей шестерни и вала. На рисунке показаны схемы наиболее часто применяемых блокирующих устройств:
где – нормальное усилие в блокирующем элементе;– осевое усилие;– окружное усилие.
Осевое и окружное усилия в блокирующем элементе определяют по формулам:
; (4.41)
, (4.42)
где – радиус расположения блокирующих элементов.
Чтобы исключить преждевременное включение передач должно выполняться условие S < . Выразив усилие, создаваемое водителем, через параметры синхронизатора, получим:
. (4.43)
В некоторых конструкциях =, и тогда.
Включение передачи осуществляется после выравнивания угловых скоростей соединяемых деталей. Действие окружной силы, прижимающей блокирующие детали, прекращается и происходит разблокировка. При этом блокирующая деталь под действием осевой силы поворачивается и возвращается в нейтральное (исходное) положение. Зубчатая муфта или каретка синхронизатора свободно передвигается и входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни включаемой передачи.