Определение показателей эксплуатационных свойств автомобиля Kia Cerato 1.6 и проверочный расчет раздаточной коробки автомобиля ГАЗ-66

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Расчет показателей эксплуатационных свойств автомобиля Kia Cerato 1,6

1.1 Технические характеристики автомобиля Kia Cerato 1,6

1.2 Внешняя скоростная характеристика двигателя

1.3 Тяговая характеристика автомобиля. Тяговый баланс

1.4 Динамический фактор и динамическая характеристика

1.5 Ускорение, время и путь разгона

1.6 Топливно-экономическая характеристика автомобиля

1.7 Тормозная динамика автомобиля

1.8 Проходимость автомобиля

1.9 Управляемость автомобиля

1.10 Устойчивость автомобиля

2. Проверочный расчет раздаточной коробки автомобиля ГАЗ-66

2.1 Проверочный расчет зубчатых передач

2.1.1 Проверочный расчет на контактную выносливость

2.1.2 Проверочный расчет на выносливость при изгибе

2.2 Расчет валов

2.2.1 Проверочный расчет ведущего вала на усталостную прочность

2.2.2 Проверочный расчет промежуточного вала на усталостную прочность

2.2.3 Расчет валов на жесткость

2.3 Расчет подшипников

2.3.1 Расчет шариковых подшипников 307

2.3.2 Расчет шариковых подшипников 209

2.3.3 Расчет шариковых подшипников 308

2.3.4 Расчет роликовых подшипников 2207

2.4 Расчет шлицевых соединений

Заключение

Список использованных источников

Введение

автомобиль разгон тормозная коробка

Стремление к совершенствованию конструкции и эффективному использованию автомобилей обусловливает необходимость оценки их качества.

Автомобили характеризуются большим количеством свойств, образующих иерархическую структуру («дерево свойств»). Принято считать, что качество является некоторым наиболее обобщенным, комплексным свойством автомобиля и рассматривается как самый высокий уровень указанной структуры. При этом под качеством автомобиля понимается совокупность всех свойств, определяющих его пригодность удовлетворять потребности в соответствии с назначением.

Составляющие качества - эксплуатационные свойства автомобиля (топливная экономичность, экологическая безопасность, управляемость, динамичность, устойчивость, плавность хода, проходимость) образуют следующий уровень иерархии. В свою очередь, каждое из названных свойств также может состоять из некоторого числа еще менее общих характеристик. Например, динамика автомобиля обусловлена разгонными, скоростными, тяговыми и тормозными свойствами, а его проходимость определяется опорными, сцепными свойствами и показателями профильной (геометрической) проходимости, которые располагаются на еще более низком уровне иерархической совокупности свойств.

Эксплуатационные свойства автомобиля отражают объективные особенности его конструкции, проявляются в процессе эксплуатации и характеризуют возможности автомобиля при выполнении основной функции -перевозить грузы и пассажиров.

Суждение о качестве автомобиля должно базироваться на соответствующей системе количественных показателей и характеристик. Совокупность этих измерителей должна обеспечить всестороннюю, полную и объективную оценку всех эксплуатационных свойств автотранспортных средств.

Метод оценки качества конструкции автомобиля по значениям показателей его эксплуатационных свойств предложен в 1928 году академиком Е.А.Чудаковым. В настоящее время номенклатура оценочных показателей эксплуатационных свойств автотранспортных средств и методы их определения устанавливаются государственными (ГОСТ), отраслевыми (ОСТ) и международными стандартами и правилами (стандарты ИСО, правила ЕЭК ООН).

Физический смысл и содержание каждого из указанных эксплуатационных свойств рассмотрены ниже.

Произведем анализ и количественную оценку эксплуатационных свойств автомобиля Kia Cerato 1.6.

1. Расчет показателей эксплуатационных свойств автомобиля Kia Cerato 1.6

1.1 Технические характеристики автомобиля Kia Cerato 1,6

Таблица 1 -- Краткая техническая характеристика автомобиля Kia Cerato 1.6

Общие данные
Размеры, мм: длина/ширина/высота	4530/1775/1460
База	2650
Колея спереди / сзади	1567/1564
Масса снаряженная / полная, кг	1169/1700
Нагрузка на ось: переднюю /заднюю,%	51/49
Время разгона 0 - 100 км/ч, с	10.3
Максимальная скорость, км/ч	190
Расход топлива, л/100 км при 90 км/ч	5.6
Двигатель
Модель	1.6
Мощность, кВт	92.6 при 6200об/мин
Крутящий момент, Н*м	156 при 4200 об/мин
Трансмиссия
Коробка передач 1/2/3/4/5/з. х	3,636/1,962/1,189/0,984/0,660/3,583
Главная передача	3,941
Шины
Размер шин	195/65R15

1.2 Внешняя скоростная характеристика двигателя

Источником энергии на автомобиле служит двигатель внутреннего сгорания. Величина его мощности зависит от частоты вращения коленчатого вала, количества и состава горючей смеси в цилиндрах, опережения зажигания у карбюраторного двигателя или впрыска у дизеля и т.д. При исследовании динамичности автомобиля изменение мощности рассматривают в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, считая, что остальные параметры оптимальные, т.е. используют скоростную характеристику двигателя. Скоростная характеристика графическое изображение зависимости мощности и крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Если скоростную характеристику определяют при полном открытии дроссельной заслонки или полной подаче топлива, то ее называют внешней скоростной характеристикой.

Внешнюю скоростную характеристику карбюраторного двигателя снимают при полностью открытой дроссельной заслонке и отключенном ограничителе максимальных оборотов (грузовые автомобили). Во время испытаний частоту вращения коленчатого вала изменяют от минимальной под полной нагрузкой nmin до частоты вращения, на 10% превышающий скоростной режим, который соответствует наибольшей мощности

nmax=l,lnN

.

На внешней скоростной характеристике двигателя отмечают следующие характерные точки :

nmin - минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала при полной нагрузке двигателя;

nM - частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальному крутящему моменту двигателя Mmax

nN - частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности NN;

Для существующих конструкций автомобильных двигателей отношения nmax/nN колеблются в следующих пределах: 1,10...1,25 -- для карбюраторных двигателей без ограничителя максимальных оборотов; 0,8...1,15 -- для карбюраторных двигателей с ограничителем и 0,9... 1,0 - для дизелей.

Способность двигателя к преодолению кратковременных перегрузок характеризует коэффициент приспособляемости КM) представляющий собой отношение максимального крутящего момента МM к крутящему моменту при максимальной мощности MN

(1)

Между мощностью, крутящим моментом и частотой, вращения коленчатого вала двигателя существует зависимость:

(2)

где -- угловая скорость коленчатого вала, 1/с.

Внешняя скоростная характеристика двигателя может быть рассчитана по эмпирическим зависимостям. Одной из них является формула С. Р. Лейдермана.

Для пользования ею необходимо знать лишь одну точку внешней скоростной характеристики с координатами NN ,nN. Эта формула записывается так:

(3)

где Ne, ne - соответственно текущие значения эффективной мощности и частот вращения коленчатого вала;

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

Зная максимальную мощность двигателя Nmax, частоту вращения коленчатого вала при максимальной мощности nN коэффициенты c1, c2 и c3 , можно по формуле (3), задавшись различными значениями nе, рассчитать соответствующие им величины эффективной мощности Ne.

Расчетная часть

Исходные данные:

;

.

Вычислим промежуточные значения :

;

.

Определим крутящий момент при максимальной мощности:

.

Находим коэффициенты запаса по крутящему моменту и числу оборотов:

; ;

.

Подсчитываем значения коэффициентов Лейдермана:

Производим расчет Ne и Me для каждой частоты вращения коленчатого вала и сводим результаты в таблицу 2:

.

Таблица 2 - Результаты расчета внешней скоростной характеристики

двигателя автомобиля Kia Cerato 1,6

Основные показатели работы двигателя	Частота вращения коленчатого вала n, об/мин
	800	2500	4200	5200	6200
Эффективная мощность, кВт	9,90	38,20	68,50	80,56	92,60
Эффективный крутящий момент, Hм	118,20	146,00	155,86	148,14	142,00

Вычисляем погрешность определения крутящего момента:

По данным таблицы строим внешнюю скоростную характеристику двигателя (рисунок 1).

Рисунок 1 - Внешняя скоростная характеристика двигателя

автомобиля Kia Cerato 1.6

1.3 Тяговая характеристика автомобиля. Тяговый баланс

Тяговой характеристикой называют зависимость тягового усилия на ведущих колесах от скорости автомобиля, построенную для всех его передач. Тяговая характеристика определяется расчетным или экспериментальным путем. Исходной точкой служит внешняя скоростная характеристика двигателя. Так как она определяется при полном открытии дроссельной заслонки или полной подаче топлива (дизели) на установившихся режимах, то и тяговая характеристика будет соответствовать установившимся режимам и максимальным тяговым возможностям автомобиля.

По величинам эффективных крутящих моментов по формуле

(10)

находят тяговые усилия на ведущих колесах, а по частоте вращения коленчатого вала рассчитывают соответствующие скорости автомобиля

(11)

где ik - передаточное число коробки передач; i0 - передаточное число главной передачи; - механический КПД трансмиссии; rk - радиус качения колеса (кинематический). В нормальных условиях эксплуатации на дорогах с твердым покрытием пробуксовка и скольжение колес сравнительно невелики, и радиусы колеса статический, динамический и кинематический практически мало отличаются друг от друга. Поэтому для расчетов, не требующих большой точности, берут некоторые средние величины радиуса колеса, который называют рабочим или просто радиусом колеса. Этот радиус, обозначенный через rk, вычисляют по формуле

(12)

где -- коэффициент деформации шины;

г0 -- свободный радиус

(13)

где d0 -- посадочный диаметр шины на диск;

Нш -- высота профиля шины.

Дифференциальное уравнение движения автомобиля является его тяговым балансом, связывающим силы движущие с силами сопротивлений.

(14)

где -- сила сопротивления качению автомобиля;

-- сила сопротивления подъему;

-- сила сопротивления воздушной среды;

-- сила инерции.

Сила сопротивления качению автомобиля по горизонтальной дороге

, (15)

а при подъеме.

(16)

где Ga -- сила тяжести автомобиля (полная);

f -- коэффициент сопротивления качению автомобиля; его

принимают одинаковым для всех колес автомобиля;

-- продольный угол подъема.

Уклон дороги дополнительно вызывает силу сопротивления подъему

 (17)

Сумма сил и определяет сопротивление дороги

(18)

Величину называют коэффициентом сопротивления дороги, т.е.

(19)

При движении автомобиль воспринимает давление воздушного потока в виде силы . С целью упрощения расчетов силу сопротивления воздуха определяют с помощью эмпирической зависимости

(20)

где Ка -- коэффициент обтекаемости автомобиля, зависящий от формы и качества отделки поверхности, Н с2/м4

F -- лобовая площадь автомобиля, м

Лобовая площадь автомобиля определяется с помощью следующих приближенных зависимостей: для легровых автомобилей:

F = 0,78ВаНа (21)

где В -- наибольшая (габаритная) ширина автомобиля

На -- наибольшая (габаритная) высота автомобиля

При расчетах Va (м/с) и Рк (Н) на различных передачах вместо iK в формулах (10) и (11) ставят передаточные числа коробки передач, соответствующие рассчитываемым передачам, т.е.

Расчетная часть

Передаточное число главной передачи .

КПД трансмиссии .

Масса автомобиля при 50%-й загрузке: .

Тип шин и свободный радиус колеса:

.

Коэффициент деформации шины .

Кинематический радиус качения колеса:

.

Определяем скорости движения автомобиля и тяговые усилия на ведущих колесах, соответствующие частотам вращения коленчатого вала двигателя и передаточным числам трансмиссии:

I-я передача :

;

.

Аналогично производим расчет для остальных частот вращения коленчатого вала двигателя и передаточных чисел трансмиссии. Полученные результаты заносим в таблицу 3.

Таблица 3 - Результаты расчета тяговой характеристики

Автомобиля Kia Cerato.

ne, мин-1	Ме, Нм	I-я i1 = 3,636	II-я i2 = 1,962	III-я i3 = 1,189
		VIa, м/с	PIk, H	VIIa, м/с	PIIk, H	VIIIa, м/с	PIIIk, H
800	118,20	1,72	5282	3.20	2848	5,30	1600
2500	146,03	5,40	6829	10,10	3525	15,73	1977
4200	155,80	9,10	6925	16,75	3761	27,66	2110
5200	148,14	11,25	6622	20,85	3128	34,30	2004
6200	142,39	13.40	6362	24,8	2428	40,90	1923
ne, мин-1	Ме, Нм	IV-я i4 = 1,028	V-я i5 = 0,820
		VIVa, м/с	PIVk, H	VVa, м/с	PVk, H
800	118,20	6,38	1430	9,60	960
2500	146,03	17,60	1767	29,63	1186
4200	155,80	33,60	1885	50,39	1265
5200	148,14	41,63	1791	62,37	1202
6200	142,39	49,57	1718	74,40	1153

Рассчитываем сопротивление дороги, задавшись условиями:

, ;

, .

Силы сопротивления качению автомобиля:

;

.

Силы сопротивления подъему:

;

.

Силы сопротивления дороги:

;

.

Вычисляем силу сопротивления воздушной среды.

Лобовая площадь автомобиля:

.

Коэффициент обтекаемости автомобиля:

.

Находим значения силы сопротивления воздушной среды для стандартных скоростей по формуле

,

и заносим данные в таблицу 4.

Таблица 4 - Силы сопротивления воздушной среды на различных

скоростях движения автомобиля

Va = 0 м/с	= 0 Н
Va = 10 м/с	= 50,7 Н
Va = 20 м/с	= 202,8 Н
Va = 30 м/с	= 456,3 Н
Va = 40 м/с	= 811,2 Н
Va = 50 м/с	= 1267,5 Н
Va = 60 м/с	=1825,2 Н

По данным таблиц 3 и 4 строим тяговую характеристику (рисунок 2).

Рисунок 2 - Тяговая характеристика автомобиля Kia Cerato 1,6

По графику определяем: максимальная скорость автомобиля при дорожных условиях , не более 52,5 м/с (189 км/ч) на V-й передаче. При дорожных условиях , максимальная скорость автомобиля не более 33 м/с (118 км/ч) на III-й передаче.

Погрешность при определении максимальной скорости:

1.4 Динамический фактор и динамическая характеристика

Для сравнения динамичности автомобилей, имеющих различные массы академик Е.А. Чудаков, предложил пользоваться динамическим фактором

(22)

где D -- динамический фактор.

Определив из уравнения

(22')

разность и имея в виду, что , подставим ее в формулу (5)

(23)

Из (23) следует, что динамический фактор представляет собой удельную силу тяги, идущую на преодоление силы суммарного сопротивления дороги и силы инерции . При установившемся движении (dV/dt = 0) динамический фактор равен коэффициенту суммарного сопротивления дороги

(24)

Динамический фактор обычно выражают правильной дробью, но можно выразить и в процентах. В последнем случае результат умножают на 100.

Зависимость динамического фактора от скорости при полном открытии дроссельной заслонки или при полной подаче топлива (дизель), представленную для всех передач, называют динамической характеристикой автомобиля.

Определение максимального подъема, преодолеваемого автомобилем. Выше указывалось, что максимальный подъем преодолевается автомобилем при установившейся скорости, раиной критической , и максимальном динамическом факторе Dmax. Подставив в (24) Dmax и получим тригонометрическое уравнение, решение которого даст значение

или .

Возведя в квадрат левую и правую части последнего уравнения, после преобразования получим тригонометрическое квадратное уравнение

. (25)

Его решение

. (26)

 При небольших углах подъема можно принять, что , а Тогда

. (27)

Влияние полезной нагрузки на динамический фактор. Формула (22) определяет динамический фактор при полной нагрузке. Если полезная нагрузка уменьшится, то вес автомобиля Gx также уменьшится, а динамический фактор увеличится:

(22")

где Dx -- новое значение динамического фактора, соответствующее другому весу автомобиля Gx. Формулу (22") можно преобразовать к виду

(28)

Таким образом, динамический фактор Dx при частичной полезной нагрузке прямо пропорционален динамическому фактору D и весу автомобиля при полной нагрузке и обратно пропорционален весу автомобиля при частичной нагрузке.

Расчетная часть

Рассчитываем силы сопротивления воздушной среды для вычисленных скоростей автомобиля на всех передачах переднего хода и определяем для каждого случая динамический фактор:

;

.

Определяем дорожные условия и :

, ; ;

, ; .

Таблица 5 - Результаты расчета динамической характеристики

автомобиля Kia Cerato 1,6

ne, мин-1	Ме, Нм	I-я i1 = 3,636	II-я i2 = 1,962
		VIa, м/с	PIk, H	PIщ, H	D	VIIa, м/с	PIIk, H	PIIщ, H	D
800	102,94	1,59	5479	1,29	0,443	2,95	2955	4,42	0,239
2500	133,03	5,77	5766	16,89	0,465	10,70	3110	58,06	0,247
4200	143,06	9,95	6208	50,22	0,498	18,45	3349	172,60	0,257
5200	139,14	11,25	5828	64,13	0,466	20,85	3144	220,39	0,237
6200	127,39	12,54	5334	79,73	0,425	23,25	2877	274,02	0,211
ne, мин-1	Ме, Нм	III-я i3 = 1,189	IV-я i4 = 0,984
		VIIIa, м/с	PIIIk, H	PIIIщ, H	D	VIVa, м/с	PIVk, H	PIVщ, H	D
800	102,94	4,20	2076	8,95	0,167	5,58	1563	15,81	0,125
2500	133,03	15,23	2185	117,63	0,167	20,24	1644	207,71	0,116
4200	143,06	26,26	2353	349,68	0,162	34,90	1771	617,44	0,093
5200	139,14	29,68	2209	446,50	0,143	39,43	1662	788,41	0,071
6200	127,39	33,09	2022	555,15	0,119	43,97	1521	980,24	0,044



ne, мин-1	Ме, Нм	V-я i5 = 0,660
		VVa, м/с	PVk, H	PVщ, H	D
800	102,94	6,88	1269	23,98	0,101
2500	133,03	24,93	1335	315,15	0,083
4200	143,06	42,99	1437	936,83	0,040
5200	139,14	48,57	1349	1196,23	0,012
6200	127,39	54,16	1235	1487,31	0,002

По данным таблицы строим динамическую характеристику автомобиля (рисунок 3).

Рисунок 3 - Динамическая характеристика автомобиля Kia Cerato 1,6

Задача 1. Определение скорости установившегося движения и передачи, на которой возможно движение, при заданных дорожных условиях.

При дорожных условиях возможно движение автомобиля на V-й передаче со скоростью не более 52,5 м/с (189 км/ч).

При дорожных условиях возможно движение автомобиля на III-й передаче со скоростью не более 33 м/с (118 км/ч).

Задача 2. Определение передачи и дорожных условий, при которых возможно движение со скоростью 60 км/ч.

При скорости 60 км/ч возможно движение на V-й передаче при дорожных условиях , на IV-й передаче при дорожных условиях , на III-й передаче при дорожных условиях и на II-й передаче при дорожных условиях .

Задача 3.Определение максимального подъема, преодолеваемого автомобилем на каждой из передач.

Вычисляем значение углов подъема для каждой передачи и заносим полученные данные в таблицу 6:

.

Таблица 6 - Максимальные углы подъема, преодолеваемые автомобилем на каждой из передач

Передача	Dmax	, градусы
I	0,466	29,04
II	0,250	14,04
III	0,164	8,48
IV	0,125	4,51
V	0,094	1,47

1.5 Ускорение, время и путь разгона

Ранее динамичность оценивалась в основном при установившемся движении. Однако, движение автомобиля в городе с постоянной скоростью составляет около 20... 40%, а движение накатом и торможение занимают 30... 40%.

Ускорение. Его можно определить из уравнения (22') и (23): чем выше ускорение, тем больше при прочих равных условиях, средняя скорость. Чтобы выявить максимальные возможности автомобиля при разгоне, ускорения рассчитывают для горизонтальной дороги хорошего качества (). С учётом последнего замечания из (22') и (23) получим соответственно ускорения:

(29)

. (30)

Ускорения автомобиля прямо пропорциональны тяговому усилию на ведущих колесах (или динамическому фактору) и обратно пропорциональны силам сопротивления движению и коэффициенту учета вращающихся масс . Коэффициент больше на низших передачах, и поэтому снижение ускорений на этих передачах значительнее, чем на высших.

Зависимость ускорений от скорости автомобиля для всех передач при полном открытии дроссельной заслонки или полной подаче топлива (дизель) называют графиком ускорений. Его общий вид аналогичен динамической характеристике. Однако взаимное расположение кривых несколько иное, так как коэффициент учета вращающихся масс 8 для разных передач имеет различное значение. Ввиду этого может оказаться, что кривая ускорения на второй передаче будет расположена выше, чем кривая, соответствующая первой передаче.

Ускорения, рассчитанные по формулам (29) и (30) будут несколько отличаться от действительных ускорений автомобиля. Дело в том, что расчет ускорений производят по статическим характеристикам двигателя. Действительные характеристики двигателя при разгоне отличаются от статических. Снижение мощности двигателя может достигать 7 -- 8%.

Абсолютные значения ускорений грузовых автомобилей находятся в следующих пределах: на I передаче - 1,7... 2,0 м/с2; на прямой-0,35... 0,50 м/с2.

При отсутствии данных по величинам моментов инерции коэффициент вычисляют по приближенной формуле:

, (31)

где , .

Время разгона автомобиля. Ускорение автомобиля полностью определяет его способность к быстрому разгону. Однако для сравнения динамики разгона различных автомобилей более наглядное представление1 дают графики времени и пути разгона. Время разгона, выраженное в секундах, есть то время, в течение которого автомобиль увеличивает скорость в заданных пределах. Путь разгона, выраженный в метрах, есть тот путь, который автомобиль проходит при увеличении скорости в заданных пределах.

Последовательность расчёта времени разгона автомобиля:

1. В качестве исходных данных принимаем скорости Va и ускорения j, определенные при построении тяговой характеристики (таблица 2) и графика ускорений (таблица 6).

2. Определяем изменение скорости в интервале:

. (32)

3. Среднее значение ускорения в интервале:

. (33)

4. Время изменения скорости на каждом интервале:

. (34)

Затраты времени на переключение для коробки передач с синхронизаторами - 0,2 с;

5. Среднее значение скорости в интервале:

. (35)

6. Приращение пути на каждом интервале:

. (36)

По результатам расчетов строится график времени разгона. Кривую времени разгона на первой передаче начинают от минимальной устойчивой скорости Vmin, хотя в действительности начальная скорость автомобиля равна нулю. Разгон автомобиля от Va = 0 до Vmin происходит при буксующем сцеплении. Время разгона от 0 до Vmin сравнительно мало, и расчет его представляет значительные трудности, поэтому им обычно пренебрегают и предполагают, что разгон автомобиля начинается с минимальной устойчивой скорости Vmin.

Расчетная часть

Определяем значения ускорений на каждой из передач:

.

Вычисляем величины, обратные ускорениям:

.

Полученные значения сводим в таблицу 7.

Таблица 7 - Результаты расчета ускорений автомобиля Kia Cerato 1,6

ne, мин-1	Ме, Нм	I-я i1 = 3,636	дI= 1,70	II-я i2 = 1,962	дII= 1,24
		VIa, м/с	DI	jI, м/с2	1/jI, с2/м	VIIa, м/с	DII	jII, м/с2	1/jII, с2/м
800	102,94	1,59	0,443	2,45	0,41	2,95	0,239	1,75	0,57
2500	133,03	5,77	0,465	2,57	0,39	10,70	0,247	1,81	0,55
4200	143,06	9,95	0,498	2,77	0,36	18,45	0,257	1,89	0,53
5200	139,14	11,25	0,466	2,58	0,39	20,85	0,237	1,73	0,58
6200	127,39	12,54	0,425	2,34	0,43	23,25	0,211	1,52	0,66
ne, мин-1	Ме, Нм	III-я i3 = 1,189	дIII= 1,14	IV-я i4 = 0,984	дIV= 1,10
		VIIIa, м/с	DIII	jIII, м/с2	1/jIII, с2/м	VIVa, м/с	DIV	jIV, м/с2	1/jIV, с2/м
800	102,94	4,20	0,167	1,28	0,78	5,58	0,125	0,95	1,05
2500	133,03	15,23	0,167	1,28	0,78	20,24	0,116	0,87	1,14
4200	143,06	26,26	0,162	1,24	0,81	34,90	0,093	0,67	1,49
5200	139,14	29,68	0,143	1,07	0,94	39,43	0,071	0,47	2,13
6200	127,39	33,09	0,119	0,86	1,16	43,97	0,044	0,23	4,36
ne, мин-1	Ме, Нм	V-я i5 = 0,660	дV = 1,09
		VVa, м/с	DV	jV, м/с2	1/jV, с2/м
800	102,94	6,88	0,101	0,75	1,34
2500	133,03	24,93	0,083	0,58	1,71
4200	143,06	42,99	0,040	0,20	4,92
5200	139,14	48,57	0,012	0,05	19,71
6200	127,39	54,16	-0,020	0,00	--

По данным таблицы строим график ускорений (рисунок 4).

Рисунок 4 - График ускорений автомобиля Kia Cerato 1,6

Наибольшим ускорением автомобиль обладает на I-й передаче. Графики времени и пути разгона до 100 км/ч будем строить, начиная именно с этой передачи.

Рассчитываем для каждой передачи изменение скорости , среднее значение ускорения , время изменения скорости , среднее значение скорости , приращение пути :

;

;

;

;

.

Полученные результаты заносим в таблицу 8.

Таблица 8- Результаты расчета времени и пути разгона автомобиля

Kia Cerato 1,6 до скорости 100 км/ч

ne, мин-1	Ме, Нм	I-я i1 = 3,636 дI = 1,70
		VIIa, м/с	jII, м/с2	?V, м/с	jcp, м/с	?t, c	Vcp, м/с	?S, м
800	102,94	1,59	2,45	4,18	2,51	1,66	3,68	6,13
2500	133,03	5,77	2,57	4,18	2,67	1,57	7,86	12,31
4200	143,06	9,95	2,77	1,29	2,67	0,48	10,60	5,13
5200	139,14	11,25	2,58	1,29	2,46	0,53	11,89	6,25
6200	127,39	12,54	2,34	--	--	--	--	--
ne, мин-1	Ме, Нм	II-я i2 = 1,962 дII = 1,24
		VIIIa, м/с	jIII, м/с2	?V, м/с	jcp, м/с	?t, c	Vcp, м/с	?S, м
800	102,94	2,95	1,75	7,75	1,78	4,36	6,83	29,75
2500	133,03	10,70	1,81	7,75	1,85	4,19	14,58	61,04
4200	143,06	18,45	1,89	2,40	1,81	1,33	19,65	26,05
5200	139,14	20,85	1,73	2,40	1,63	1,48	22,05	32,52
6200	127,39	23,25	1,52	--	--	--	--	--
ne, мин-1	Ме, Нм	III-я i3 = 1,189 дIII = 1,14
		VIVa, м/с	jIV, м/с2	?V, м/с	jcp, м/с	?t, c	Vcp, м/с	?S, м
800	102,94	4,20	1,28	11,03	1,28	8,62	9,72	83,73
2500	133,03	15,23	1,28	11,03	1,26	8,77	20,75	181,95
4200	143,06	26,26	1,24	3,41	1,15	2,96	27,97	82,90
5200	139,14	29,68	1,07	3,41	0,97	3,54	31,38	110,95
6200	127,39	33,09	0,86	--	--	--	--	--
ne, мин-1	Ме, Нм	IV-я i4 = 0,984 дIV = 1,10
		VVa, м/с	jV, м/с2	?V, м/с	jcp, м/с	?t, c	Vcp, м/с	?S, м
800	102,94	5,58	0,95	14,66	0,91	16,05	12,91	207,26
2500	133,03	20,24	0,87	14,66	0,77	19,00	27,57	523,75
4200	143,06	34,90	0,67	4,54	0,57	7,97	37,17	296,32
5200	139,14	39,43	0,47	4,54	0,35	13,00	41,70	542,28
6200	127,39	43,97	0,23	--	--	--	--	--
ne, мин-1	Ме, Нм	V-я i5 = 0,660 дV = 1,09
		VVIa, м/с	jVI, м/с2	?V, м/с	jcp, м/с	?t, c	Vcp, м/с	?S, м
800	102,94	6,88	0,75	18,05	0,67	27,13	15,90	431,55
2500	133,03	24,93	0,58	18,05	0,39	45,91	33,96	1558,92
4200	143,06	42,99	0,20	5,59	0,08	73,22	45,78	3351,97
5200	139,14	48,57	-0,05	5,59	-0,20	-28,08	51,37	-1442,62
6200	127,39	54,16	-0,35	--	--	--	--	--

Принимая во внимание, что на переключение передач затрачивается время , за которое автомобиль преодолевает путь строим графики времени (рисунок 5) и пути (рисунок 6) разгона автомобиля.

Как видно из графиков, при разгоне до 100 км/ч автомобиль Kia Cerato 1,6 проходит путь 308 м за 17,9 с.



Рисунок 5 - График времени разгона автомобиля Kia Cerato 1,6

Рисунок 6 - График пути разгона автомобиля Kia Cerato 1,6

1.6 Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Топливно-экономической характеристикой автомобиля называется зависимость путевого расхода топлива от скорости установившегося движения автомобиля при различных коэффициентах суммарного сопротивления дороги.

Расход топлива на 100 км пути (кг) рассчитывается по формуле:

, (37)

где Qt - часовой расход топлива г/кВт час.

По методике профессора Н.А. Яковлева Qt находят с использованием безразмерных характеристик, представляющих собой зависимости

Q1/Qmax от ne/nN и Qt /Q1 от нагрузки Рс/Рк. Здесь Q1 - текущее значение часового расхода при полном открытии дроссельной заслонки и при различных частотах вращения коленчатого вала, кг/час; Qmax - часовой расход топлива при полном открытии дроссельной заслонки, соответствующий максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя; Qt - текущее значение часового расхода топлива.

Задавшись минимальным удельным расходом ge min, рассчитывают максимальный часовой расход, кг/час:

, (38)

Далее расчет ведут следующим образом:

1. Задаваясь различными условиями движения (ш, Va), определяют нагрузку двигателя Рс/Рк.

2. Вычисляют отношения частот вращения ne/nN для тех же условий движения.

3. По отношениям ne/nN из графика Q1/Qmax = f(ne/nN) находят величину Q1/Qmax.

4. По отношениям Рс/Рк из графика Qt /Q1 = f(Рс/Рк) находят величину Qt /Q1.

5. По значению Qmax и отношения Q1/Qmax находят Q1, а затем по Qt /Q1 находят Qt.

6. Имея величину часовых расходов Qt для разных условий движения, по формуле (37) вычисляют расходы топлива на 100 км пути.

Для IV-й передачи, при ш = 0,015, ne= 800 об/мин, nN= 6000 об/мин, Va = 20,10 км/час, Pk = 1563 Н, Pщ = 15,86 Н находим:

Pш = Ga · ш = 1338 · 9,81 · 0,015 = 196,887 Н;

Pc = Pш+ Pщ = 196,887 + 15,86 = 212,69 Н;

Рс/Рк = 212,69/1563 = 0,136;

кг/час;

По графику Q1/Qmax = f(ne/nN) при ne/nN = 0,127, Q1/Qmax = 0,16;

Q1 = Q1/Qmax · Qmax = 0,16 · 20,77 = 3,32 кг/час;

По графику Qt /Q1 = f(Рс/Рк) при Рс/Рк = 0,136, Qt /Q1 = 0,3;

Qt = Qt /Q1 · Q1 = 0,3 · 3,32 = 1,00кг/час;

кг/100 км.

Все расчеты сведем в таблицу 9 и построим топливно - экономическую характеристику автомобиля (рисунок 7).

Таблица 9 - Результаты расчета топливно-экономической характеристики автомобиля Kia Cerato 1,6

	ne, мин-1	Va, км/ч	ne/nN	Pk, H	Pш, H	Pщ, H	Pc, H	Pc/Pk		Q1		Qt	QS
0,015	800	20,10	0,127	1563	196,8867	15,81	212,69	0,136	0,16	3,32	0,3	1,00	4,22
	2500	72,87	0,460	1644		207,71	404,59	0,246	0,35	7,27	0,35	2,55	4,54
	4200	125,63	0,794	1771		617,44	814,32	0,460	0,55	11,43	0,4	4,57	5,16
	5200	141,96	0,897	1662		788,41	985,29	0,593	0,78	16,21	0,5	8,10	6,45
	6200	158,29	1,000	1521		980,24	1177,13	0,774	0,85	17,66	0,78	13,78	8,48
0,03	800	20,10	0,127	1563	393,7734	15,81	409,58	0,262	0,16	3,32	0,38	1,26	5,35
	2500	72,87	0,460	1644		207,71	601,48	0,366	0,35	7,27	0,42	3,05	5,44
	4200	125,63	0,794	1771		617,44	1011,21	0,571	0,55	11,43	0,48	5,49	6,19
	5200	141,96	0,897	1662		788,41	1182,18	0,711	0,78	16,21	0,6	9,72	7,75
	6200	158,29	1,000	1521		980,24	1374,02	0,903	0,85	17,66	0,9	15,89	9,78

Рисунок 7 - Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Kia Cerato 1,6

1.7 Тормозная динамика автомобиля

Тормозные свойства -- способность автомобиля быстро снижать скорость вплоть до полной остановки. Тормозные свойства существенно влияют на среднюю скорость. Чем надежнее тормозная система, тем с большей скоростью может двигаться автомобиль при прочих равных условиях, тем выше его средняя скорость. Тормозные свойства тесно связаны с безопасностью движения, и потому ухудшение их недопустимо на любом периоде эксплуатации автомобилей.

В качестве измерителей тормозных свойств служат замедление , время и путь торможения.

При торможении автомобиля с отключенным двигателем замедление определяется по формуле:

, (39)

где -- тормозная сила;

-- коэффициент учета вращающихся масс автомобиля при движении накатом.

Если торможение осуществляют с наибольшей интенсивностью (), то можно пренебречь силами и , а также , тогда

, (40)

где -- коэффициент сцепления шины с дорогой (максимальный).

;

;

;

.

Время торможения при наибольшей интенсивности затормаживания определяют на основе формулы:

; (41)

при торможении до полной остановки ():

, (42)

где -- скорости автомобиля соответственно в начале и конце торможения, м/с.

.

Путь торможения , определяют из дифференциального выражения для пути:

, (43)

при торможении до полной остановки ():

. (44)

Действительные показатели торможения хуже тех, которые дают формулы. Чтобы приблизить результаты расчетов к экспериментальным данным, Д.П.Великанов предложил ввести в расчетные формулы коэффициент эффективности торможения Кэ. Тогда

. (45)

Для легковых автомобилей .

Остальные расчетные данные сведены в таблицу 8.

Выражение (45) позволяет рассчитать величину тормозного пути для случая, когда колеса автомобиля полностью заторможены. Действительный остановочный тормозной путь будет больше.

Время , от момента появления препятствия до момента прикосновения ноги водителя к педали тормоза называют временем реакции водителя. Оно зависит от физиологического состояния водителя и степени его тренированности. Это время составляет 0,5... 1,5с .

Время от момента соприкосновения ноги водителя с педалью тормоза до начала действия тормозов, т.е. до появления замедления автомобиля, называют временем запаздывания тормозного привода. Оно зависит от величины зазоров в тормозном приводе и механизмах, деформации деталей привода и рабочего агента (тормозной жидкости или воздуха). Для гидравлического привода , для пневматического , а при длинных воздухопроводах (автопоезда) значительно больше.

Время от появления замедления до его максимального значения, зависит в основном от величины зазора между тормозными колодками и барабанами, а также от сжатия рабочего агента (тормозной жидкости или воздуха). Для гидравлического привода , для пневматического , а в автопоездах . Время называют временем срабатывания тормозного привода ; -- время, соответствующее полному включению тормозов; -- время спада замедления после прекращения нажатия на педаль тормоза; .

С учетом изложенного, остановочный тормозной путь складывается из пути, проходимого автомобилем при торможении за время . В течение времени начальная скорость автомобиля практически не снижается. За время происходит некоторое её снижение. Наиболее интенсивно она снижается в течение времени, когда колеса полностью заторможены.

Скорость движения автомобиля в начале третьей фазы торможения:

, (46)

.

Остальные результаты расчётов тормозной характеристики представлены в таблице 10. На рисунках 8 и 9 представлена тормозная диаграмма и тормозная характеристика автомобиля Kia Cerato 1,6.

Таблица 10 - Результаты расчета пути торможения характеристики автомобиля Kia Cerato 1,6

VН ц	15 км/ч	30 км/ч	45 км/ч	60 км/ч
0,8	1,32	5,31	11,95	21,07
0,5	2,12	8,48	19,11	33,69

Рисунок 8 - Тормозная диаграмма автомобиля Kia Cerato 1,6

Рисунок 9 - Тормозная характеристика автомобиля Kia Cerato 1,6

1.8 Проходимость автомобиля

Проходимость - это эксплуатационное свойство, характеризующее способность автомобиля передвигаться по опорной поверхности, создающей большие сопротивления движению, обусловленные её реологическими свойствами, сложным рельефом или наличием на ней локальных препятствий.

Показатели опорных свойств. Основным показателем опорных свойств является коэффициент сопротивления качению. Его значение зависит не только от реологических свойств грунта, но и от конструкции автомобильных колес (шин) для оценки опорных свойств автомобиля используют и другой показатель -- величину давления шин на грунт:

(47)

где Fш -- площадь контакта шины с дорогой;

nш число шин.

Показатели сцепных свойств. Сцепные свойства автомобиля характеризуются величиной сцепной массы (Мс), т.е. массы, приходящейся на ведущие колеса автомобиля; коэффициентом сцепной массы (mc = Мс / Ма) и коэффициентом сцепления шин с опорной поверхностью (цх). Перечисленные показатели определяют предельную величину силы тяги, которая может быть реализована ведущими колесами по сцеплению.

Показатели тяговых свойств. Тяговые свойства автомобиля характеризуются:

-удельной силой тяги

(48)

где РТmax = Меmaxiтрзтр / rg - максимальная сила тяги, которую может развить автомобиль

-удельной мощностью

(49)

Все вышеперечисленные группы показателей дают лишь косвенную оценку проходимости автомобиля по слабым грунтам и не характеризуют возможность движения автомобиля в тех или иных конкретных дорожных условиях.

Из уравнения силового баланса следует, что движение автомобиля по той или иной опорной поверхности в принципе возможно, если соблюдается следующее условие:

(50)

Данное соотношение эквивалентно двум неравенствам:

;

.

Неравенства означают, что для прохождения сложного участка дороги, автомобиль должен обладать запасом сил тяги () и сцепления ведущих колес (). Поделив и соответственно на и , получим показатели относительного запаса сил тяги и сцепления:

, (51)

где ПТ - относительный запас силы тяги;

ПС - относительный запас сил сцепления ведущих колес.

Показатель ПС характеризует возможность движения автомобиля «по сцеплению» ведущих колес, а показатель ПТ - «по тяге».

Для оценки геометрической (профильной,) проходимости автомобиля используется ряд геометрических показателей:

1) дорожный просвет автомобиля (hп)

2) передний свес автомобиля (lпс)

З) задний свес автомобиля (lзс)

4) угол переднего свеса (впс)

5) угол заднего свеса (взс)

б) продольный радиус проходимости(спр)

7) поперечный радиус проходимости (спп)

Расчетная часть

Показатели опорной проходимости:

уш=1750/ •4 = 8774,37 Па = 0,00877437 МПа;

Показатели сцепных свойств:

- сцепная масса Мс = 1750•0,52 = 910 кг;

- коэффициент сцепной массы mс = 0,52;

- коэффициент сцепления шин с опорной поверхностью ц = 0,8.

Показатели тяговых свойств:

- удельная сила тяги РТуд = 6208/1750= 3,96 Н/кг;

- удельная мощность Nуд =78700/1750= 50,28Вт/кг;

- относительный запас силы тяги Пт =1-196,887/6208=0,97;

- относительный запас сил сцепления шин с опорной

поверхностью Пс =1-6208/12269,6 = 0,42.

Показатели геометрической проходимости:

- дорожный просвет автомобиля hп= 165 мм;

- передний свес автомобиля lпс=955 мм;

- задний свес автомобиля lзс=980 мм;

- угол переднего свеса впс=15є;

- угол заднего свеса взс=19є;

- продольный радиус проходимости спр=11000 мм.

- поперечный радиус проходимости спп=900 мм.

Рисунок 10 - Показатели геометрической проходимости автомобиля Kia Cerato 1,6

1.9 Управляемость автомобиля

Управляемость -- свойство автомобиля точно следовать положению управляемых колес. Управляемость, как и тормозные свойства, связана с безопасностью движения и, кроме того, с устойчивостью автомобиля. Как правило, потеря автомобилем управляемости приводит к нарушению его устойчивости и наоборот. Автомобиль должен обладать хорошей управляемостью на любом периоде эксплуатации.

Потеря управляемости обычно проявляется в самопроизвольном отклонении траектории движения автомобиля от положения управляемых колес, заданного водителем, а также в появлении заноса управляемых колес.

Управляемость зависит от боковой эластичности шин колес, стабилизации управляемых колес, их колебаний и соответствия кинематики подвески управляемых колес кинематике рулевого привода. Кроме того, она зависит от внешних условий (поперечный уклон дороги, величина коэффициента сцепления шин с дорогой, боковой ветер и т.д.)

Динамика поворота автомобиля. При установившемся движении по траектории постоянного радиуса R на автомобиль действует центробежная сила, часть которой, приходящаяся на переднюю ось может вызвать скольжение ее колес. В этом случае автомобиль теряет управляемость, так как поворот скользящих управляемых колес не может изменить направления его движения. Скольжение колес начнется, если суммарная поперечная сила, приложенная к ним окажется больше боковой реакции дороги, величина которой зависит от нормальной нагрузки на колесо, коэффициента сцепления шины с дорогой и наличия тяговой или тормозной касательной реакции.

Критическая скорость автомобиля по управляемости из условия отсутствия скольжения управляемых колес

, (52)

где L - база автомобиля, м;

- угол поворота управляемых колёс.

Подставляя числовые значения, получаем:

.

Аналогично производим расчет для остальных значений угла поворота. Полученные данные заносим в таблицу и строим график зависимости критической скорости автомобиля из условия отсутствия скольжения управляемых колес (рисунок11).

Таблица 11 - Результаты расчета критической скорости по управляемости из условия отсутствия скольжении управляемых колес при различных коэффициентах сцепления для автомобиля Kia Cerato 1,6

		9	18	27	36	45
0,8	11,33	7,75	5,98	4,76	3,78
0,5	8,95	6,11	4,71	3,75	2,97

Рисунок 11 - Зависимость критической скорости автомобиля от угла поворота из условия отсутствия скольжения управляемых колес при различных коэффициентах сцепления для автомобиля Kia Cerato 1,6

1.10 Устойчивость автомобиля

Устойчивость -- свойство автомобиля двигаться в различных условиях без поперечного или продольного опрокидывания, без поперечного или продольного скольжения колес.

Устойчивость тесно связана с управляемостью и зависит от координат центра тяжести автомобиля (a, b, hc), колеи В и базы L автомобиля, поперечного крена кузова или грузовой платформы, поперечного и продольного углов уклона дороги, бокового ветра, скорости автомобиля, угла поворота управляемых колес и др.

Потеря устойчивости проявляется в опрокидывании автомобиля или скольжении его колес в поперечной или продольной плоскостях. Более вероятна потеря автомобилем поперечной устойчивости, однако в определенных условиях возможна потеря и продольной устойчивости. Чаще возникает скольжение колес автомобиля:, реже -опрокидывание.

Критическая скорость по условию поперечного опрокидывания находится по формуле:

. (53)

гдe hс - высота центра тяжести;

В - колея;

L - база;

- угол поворота управляемых колёс.

Критическая скорость по условию поперечного скольжения автомобиля (при повороте на горизонтальной дороге):

. (54)

Подставляя числовые значения, получаем:

.

Аналогично производим расчет для остальных значений угла поворота. Полученные данные заносим в таблицу и строим график зависимости критической скорости по условию поперечного опрокидывания автомобиля (рисунок12).

Таблица 12 - Результаты расчета критической скорости по условию поперечного опрокидывания автомобиля Kia Cerato 1,6

	9	18	27	36	45
Vкр.оп.	22,69	15,84	12,65	10,59	9,03

.

Аналогично производим расчет для остальных значений угла поворота. Полученные данные заносим в таблицу и строим график зависимости критической скорости автомобиля из условия отсутствия поперечного скольжения автомобиля при различных коэффициентах сцепления (рисунок13).

Таблица 13 - Результаты расчета критической скорости

по условию поперечного скольжения автомобиля Kia Cerato 1,6 при различных коэффициентах сцепления

		9	18	27	36	45
0,8	11,42	7,97	6,36	5,33	4,54
0,5	9,02	6,30	5,03	4,21	3,59
0,3	6,99	4,88	3,90	3,26	2,78

Рисунок 12 - Зависимость критической скорости от угла поворота по условию поперечного опрокидывания автомобиля Kia Cerato 1,6

Рисунок 13 - Зависимость критической скорости от угла поворота по условию поперечного скольжения автомобиля Kia Cerato 1,6 при различных коэффициентах сцепления

2. Проверочный расчет раздаточной коробки автомобиля ГАЗ-66

Раздаточная коробка предназначена для передачи крутящего момента к переднему и заднему мостам и имеет две передачи: прямую с передаточным числом 1,00 и понижающую с передаточным числом 1,982.

Понижающая передача позволяет значительно увеличить тяговое усилие на колесах при тяжелых условиях работы автомобиля (бездорожье, глубокий снег, подъемы).

Устройство раздаточной коробки показано в графической части данного курсового проекта.

В раздаточной коробке автомобиля ГАЗ-66 все шестерни постоянного зацепления, цилиндрические, косозубые.

Расчет цилиндрической зубчатой передачи включает в себя определение основных параметров передачи и проверочный расчет деталей раздаточной коробки.

Проверочный расчет цилиндрических зубчатых передач закрытого типа, применяемых на автомобилях, выполняют на выносливость по контактным напряжениям (во избежание усталостного выкрашивания рабочих поверхностей зубьев) и по напряжениям изгиба (для предотвращения усталостного разрушения зубьев).

2.1 Проверочный расчет зубчатых передач

2.1.1 Проверочный расчет на контактную выносливость

Проверочный расчет на контактную выносливость для косозубых колес проводится по следующей формуле [1, с.31]:

, (55)

где T2 - номинальный момент на валу колеса;

KH - коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку и неравномерность распределения нагрузки между зубьями и по ширине венца, рассчитываемый по формуле [1, с.32]

, (56)

где KHб - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями (для косозубых колес KHб = 1,0 ч 1,15);

KHв - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца (при постоянной нагрузке KHв = 1,0);

KHх - динамический коэффициент (для косозубых колес KHх = 1,0 ч 1,1);

b - ширина венца зубчатой передачи;

[уH] - допускаемое контактное напряжение, МПа, определяемое по формуле

, (57)

где уH lim b - предел контактной выносливости при базовом числе циклов, МПа;

KHL - коэффициент долговечности (для колес из закаленной легированной стали принимают KHL ? 1,8);

[SH] - коэффициент безопасности (при поверхностном упрочнении зубьев [SH] = 1,1 ч 1,3).

При поверхностной закалке зубьев из легированной стали достигается средняя твердость поверхностей зубьев HRC > 56, при этом предел контактной выносливости при базовом числе циклов рассчитывается по формуле

уH lim b = 23 HRC = 23 · 57 = 1311 МПа. (58)

Следовательно, в данном случае:

для прямой передачи

,

для понижающей передачи

,

т.е. выносливость зубьев всех передач раздаточной коробки по контактным напряжениям обеспечена.

2.1.2 Проверочный расчет на выносливость при изгибе

В расчетах цилиндрических прямозубых колес зуб рассматривают как балку, жестко защемленную одним концом. Силу считают приложенной к вершине зуба по нормали к его поверхности; силу трения не учитывают.

Формула для проверочного расчета зубьев прямозубых колес на выносливость по напряжениям изгиба имеет вид [1, с.41]

, (59)

где Ft - окружная сила, Н, определяемая по формуле

; (60)

KF - коэффициент нагрузки, представляющий собой произведение двух табличных коэффициентов: KFв = 1,0, учитывающего неравномерность распределения нагрузки по длине зуба (коэффициент концентрации нагрузки), и KFх = 1,0, учитывающего динамическое действие нагрузки (коэффициент динамичности);

YF - коэффициент, учитывающий форму зуба (для прямозубых колес YF = 3,6 ч 3,8, для косозубых YF = 3,6 ч 3,7);

[уF] - допускаемое напряжение изгиба, МПа, рассчитываемое по формуле

, (61)

где у0F lim b - предел выносливости, соответствующий базовому числу циклов (для легированной стали с объемной закалкой у0F lim b = 1050 МПа);

[SF] - коэффициент безопасности, определяемый как произведение двух коэффициентов: , первый из которых учитывает нестабильность свойств материала зубчатых колес (для легированной стали с объемной закалкой [SF]' = 1,25), а второй - способ получения заготовки зубчатого колеса (для штамповок [SF]" = 1,0);

KFg - коэффициент, учитывающий влияние шлифования переходной поверхности зубьев (при отсутствии шлифования KFg = 1,0);

KFd - коэффициент, учитывающий влияние деформационного упрочнения или электрохимической обработки переходной поверхности (при отсутствии такого упрочнения KFd = 1,0);

KFc - коэффициент, учитывающий влияние двустороннего приложения нагрузки (при одностороннем приложении нагрузки KFc = 1,0);

KFL - коэффициент долговечности, зависящий от соотношения базового и эквивалентного чисел циклов (при проверочном расчете принимается равным KFL = 1,0);

YS - коэффициент, учитывающий градиент напряжений, зависящий от модуля (YS = 0,92 ч 1,1);

YR - коэффициент, учитывающий шероховатость переходной поверхности (при отсутствии полирования YR = 1,0);

KxF - коэффициент, учитывающий размеры зубчатого колеса (при da ? 300 мм KxF = 1,0).

Несущая способность косозубых колес выше, чем прямозубых, поэтому в формуле для определения расчетных напряжений вводятся два дополнительных коэффициента, не встречающиеся в формуле (55)

, (62)

где Yв - коэффициент компенсации погрешности, возникающей из-за применения той же расчетной схемы зуба, что и в случае прямых зубьев, который определяется по формуле

; (63)

KFб - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями (для узких зубчатых колес KFб = 1,0).

Следовательно, в данном случае

для прямой передачи

,

для понижающей передачи

т.е. выносливость зубьев всех передач раздаточной коробки по напряжениям изгиба обеспечена.

2.2 Расчет валов

2.2.1 Проверочный расчет ведущего вала на усталостную прочность

Проверочный расчет ведущего вала на усталостную прочность ведется по длительно действующей номинальной нагрузке без учета кратковременных пиковых нагрузок, число циклов которых невелико и не влияет на сопротивление усталости.

Проверочный расчет вала заключается в определении расчетных коэффициентов запаса прочности в опасном сечении.

1. Определяют силы в зубчатом зацеплении:

окружная сила

;

осевая сила

;

радиальная сила

.

2. Составляют расчетную схему (см. рис. 14), на которую наносят все внешние силы, нагружающие вал, приводя плоскости их действия к двум взаимно перпендикулярным плоскостям (горизонтальной и вертикальной).

В данном случае n = 80 мм;

m = 20 мм.

3. Определяют реакции в опорах вала в горизонтальной и вертикальной плоскостях (рис. 14).

4. В вертикальной и горизонтальной плоскостях строят эпюры изгибающих MY и MX и крутящего момента Мкр (рис. 14).

5. Устанавливают опасные сечения (обычно опасные сечения проходят под зубчатыми колесами).

6. В опасных сечениях определяют суммарный изгибающий момент как векторную сумму моментов, действующих в двух взаимно перпендикулярных плоскостях:

.

Рисунок 14 - Расчетная схема сил и эпюры моментов на выходном валу

7. Для каждого из установленных опасных сечений определяют расчетный коэффициент запаса прочности S и сравнивают его с допускаемым значением [S], принимаемым обычно 1,3 ч 2,1:

;

где Sу и Sф - коэффициенты запаса прочности соответственно по нормальным и касательным напряжениям, определяемые по зависимостям:

;

;

где (у-1)D, (ф-1)D - пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении;

уа, фа - амплитуды напряжений цикла;

уm, фm - средние напряжения цикла;

шу, шф - коэффициенты чувствительности к ассиметрии цикла напряжений.

Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении определяются по зависимостям:

;

;

где у-1, ф-1 - пределы выносливости материала вала для гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения;

(Kу)D, (Kф)D - коэффициенты концентрации напряжений для данного сечения вала.

Пределы выносливости материала вала у-1, ф-1 принимаются по таблицам [2, с.72] и для стали 40Х составляют у-1 = 410 МПа, ф-1 = 240 МПа.

Коэффициенты (Kу)D, (Kф)D вычисляются по формулам:

;

;

где Kу, Kф - эффективные коэффициенты концентрации напряжений;

Kd - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения вала (при диаметре вала d = 40 мм Kd = 0,73);

KF - коэффициент влияния шероховатости (при параметре шероховатости Ra = 3,2 ч 0,8 KF = 1,0 ч 1,15);

KV - коэффициент влияния поверхностного упрочнения (при закалке KV = 1,3 ч 1,5).

Числовые значения коэффициентов Kу и Kф выбираются по таблицам в зависимости от вида концентратора напряжений. Для шлицевых и резьбовых участков валов и для валов-шестерен по таблице [2, с.81] при пределе прочности уВ = 900 МПа Kу = 1,7 и Kф = 2,65.

Амплитуды напряжений цикла уа, фа и средние напряжения цикла уm, фm определяют в зависимости от цикла изменения напряжений.

При расчетах валов на усталостную прочность принимают, что напряжения изгиба меняются по симметричному циклу, а напряжения кручения - по отнулевому циклу.

При симметричном цикле напряжений изгиба

;

;

где МИУ - суммарный изгибающий момент в рассматриваемом сечении;

Wнетто - осевой момент сопротивления сечения вала, определяемый по формуле:

.

При отнулевом цикле касательных напряжений

;

где Мкр - крутящий момент;

WK нетто - полярный момент сопротивления сечения вала, определяемый по формуле:

.

Коэффициенты чувствительности к ассиметрии цикла напряжений шу, шф определяются по таблицам [2, с.72] и для стали 40Х составляют шу = 0,1 и шф = 0,05.

Следовательно, коэффициент запаса прочности

;

;

.

2.2.2 Проверочный расчет промежуточного вала на усталостную прочность

Проверочный расчет промежуточного вала на усталостную прочность ведется по длительно действующей номинальной нагрузке без учета кратковременных пиковых нагрузок, число циклов которых невелико и не влияет на сопротивление усталости.

Проверочный расчет вала заключается в определении расчетных коэффициентов запаса прочности в опасном сечении.

1. Определяют силы в зубчатом зацеплении:

окружная сила

;

осевая сила

;

радиальная сила

.

2. Составляют расчетную схему (см. рис. 15), на которую наносят все внешние силы, нагружающие вал, приводя плоскости их действия к двум взаимно перпендикулярным плоскостям (горизонтальной и вертикальной).

В данном случае a = 20 мм;

b = 60 мм;

c = 20 мм.

3. Определяют реакции в опорах вала в горизонтальной и вертикальной плоскостях (рис. 15).

4. В вертикальной и горизонтальной плоскостях строят эпюры изгибающих MY и MX и крутящего момента Мкр (рис. 15).

5. Устанавливают опасные сечения (обычно опасные сечения проходят под зубчатыми колесами).

6. В опасных сечениях определяют суммарный изгибающий момент как векторную сумму моментов, действующих в двух взаимно перпендикулярных плоскостях:

;

.

7. Для каждого из установленных опасных сечений определяют расчетный коэффициент запаса прочности S и сравнивают его с допускаемым значением [S], принимаемым обычно 1,3 ч 2,1:

;

где Sу и Sф - коэффициенты запаса прочности соответственно по нормальным и касательным напряжениям, определяемые по зависимостям: