МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Московский
государственный индустриальный университет
(ФГБОУ ВПО МГИУ)
|
Кафедра «Автомобилей и двигателей»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине : «Конструирование
и расчет автомобиля»
на тему: «Разработка вариаторной
коробки передач для автомобиля категории
М1»
Расчётно - пояснительная записка
Студент
М.А.Суханов
Преподаватель
П.И.Зуенков
МОСКВА 2014
СОДЕРЖАНИЕ
Техническое задание…………………………….……………………….……..3
Введение……………………………….………………………………….……..5
1 Выбор и обоснование
конструкции……………………………………..…...6
2 Выбор прототипов………………………………………………….….……...7
3 Расчёт передаточных чисел
трансмиссии………………………….….…….9
4 Построение тяговой характеристики
автомобиля………………….………11
5 Расчёт шкивов вариатора…………………………………….………….…...14
5.1 Расчётный крутящий момент……………………………….…….….…14
5.2 Определение минимального
и максимального диаметра шкивов…...15
6 Расчёт планетарного механизма………………………………….….……...16
6.1 Исходные данные для расчёта……………………………….….……...16
6.2 Расчётный параметры…………………………………………….……..17
6.3Расчёт зубьев колёс на контактную
выносливость активных поверхностей……………………………………………………………..……..18
6.4Расчёт зубьев колёс на выносливость
при изгибе…………..…………21
7 Проектный расчёт вала……………………………………………..………..22
7.1 Нагрузки на вал………………………………………………..…..…….23
7.2 Расчёт вала на статическую
прочность……………………..………….25
8 Расчёт шлицевого соединения…………………………………..…………..26
8.1 Расчёт шлицевого соединения
на прочность……………...……..…….27
8.2 Расчёт шлицевого соединения
на износ…………………..……………28
9 Проверочный расчёт вала……………………………………………..…..…30
10 Расчёт подшипников ведомого
вала…………………………………….…31
11 Расчёт шарнира равных угловых
скоростей…..........…………...………...34
12 Сборка вариатора………………………………………….……………..….36
13 Экономическое обоснование
проекта………………………………..……37
Заключение…………………………………………….……………..…………40
Библиографический список…………………………………………..………..41
ВВЕДЕНИЕ
В дисциплине «Конструирование
и расчет автомобиля и трактора» рассматриваются
основные вопросы проектирования узлов,
систем и агрегатов наземных транспортных
средств.
Цель выполнения курсового
проекта - овладение основами проектирования
и методикой расчета основных узлов трансмиссии
ТС, а так же разработки конструкторской
документации.
Необходимо освоить следующие
навыки:
- изучить современные решения в области
проектирования трансмиссий;
- изучить и использовать стандарты и нормативные
документы при проектировании узлов;
- уметь оценивать влияние изменений в
конструкции на эксплуатационные параметры
и на стоимость ТС, оценивать целесообразность
внесения изменений в конструкцию;
- владеть методиками расчета основных
элементов трансмиссии автомобиля, уметь
оценивать полученные в ходе расчетов
результаты;
- уметь технически грамотно выполнять
чертежи;
ВЫБОР И
ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ
В современном автомобилестроении
всё большую популярность набирают автомобили
с автоматической коробкой передач, в
частности с вариаторами.
Вариатор представляет собой
бесступенчатую коробку передач (далее
КП в виде ремня или цепи. Основное преимущество
вариатора по сравнению с другими КП заключается
в эффективном использовании мощности
двигателя за счет оптимального согласования
нагрузки на автомобиль с оборотами коленчатого
вала, тем самым достигается высокая топливная
экономичность, либо высокая динамика,
также обеспечивается непрерывное изменение
крутящего момента, отсутствие рывков,
высокий уровень комфорта при движении
автомобиля.
В данном курсовом проекте излагается
расчёт легкового автомобиля Лада Приора
с цепным вариатором. Выбор цепи в качестве
гибкого элемента обусловлен её высокой
нагрузочной способностью и ресурсом
вариатора в целом.
ВЫБОР ПРОТОТИПОВ
Рассчитываемый автомобиль
должен удовлетворять следующим требованиям:
- Максимальная скорость движения - 180 км/ч;
- Дорожное покрытие - преимущественно асфальт
- Рабочий объём двигателя - 1.6 л;
Для расчёта в качестве прототипа
выбран автомобиль ВАЗ-2172 LADA Priora.
Технические
характеристики ВАЗ-2172 LADA Priora
Тип двигателя…………………………………..…Рядный,
4-цилиндровый
Рабочий объем, см³………………………………………………………….1596
Макс. мощность, л.с. при об/мин………………………………80
/ 5200
Макс. крутящий момент, Нм при
об/мин…………………….. 120 / 2700
Максимальная скорость, км/ч………………………………………………
180
Время разгона 0-100 км/ч, с..………………………………………………..14
Тип привода……………………………
………………………………Передний
Коробка передач…………………………………5-ступенчатая
механическая
Собственная масса, кг……………………………………………………..1088
Допустимая полная масса, кг……………………………………………..1578
Технические характеристики
двигателя ВАЗ 2172
Максимальная мощность, л.с./об.
мин…………………………………78/5800
Максимальный крутящий момент,
Нм/об. мин………………………148/4000
Объем двигателя, см3……………………………………………………….1596
Степень сжатия…………………………………………………………………………..11
Диаметр цилиндра, мм……………………………………………………...…82
Ход поршня, мм…………………………………………………...................75.6
В качестве прототипа выбран
вариатор фирмы AudiMultitronic 01J.
Технические характеристики
вариатора Multitronic 01J:
Обозначение……………………..................................................Multitronic
01J
Заводское обозначение…………
………………………………………….VL 30
Максимальный передаваемый
крутящий момент……………………….310 Нм
Диапазон передаточных отношений
вариатора………………………2,40-0,40
Диапазон передаточных чисел
(частное максимального
и минимального
передаточных чисел)……………………………………………..……………..6
Передаточное число промежуточной
передачи…………………51/46 = 1,109
Передаточное число главной
передачи……………………………43/9 = 4,778
РАСЧЁТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ
ЧИСЕЛ ТРАНСМИСИИ
Передаточное число
трансмиссии на высшей передаче uтр.в:
где np – обороты
коленчатого вала двигателя при максимальной
мощности; Vmax – максимальная
скорость автомобиля, м/с.
Шины 175/65R14.
Статический радиус колеса rст, м:
где
d- диаметр обода диска колеса, дюйм; H –
высота профиля шины, м;
где
-
отношение высоты профиля к ее ширине;
B – ширина профиля шины,м
Динамический
радиус колеса rд:
где
∆ = 0,95 - коэффициент деформации шин
Передаточное число
трансмиссии на низшей передаче uтр.н:
где ma – масса автомобиля;
g - ускорения свободного падения; ψmax – коэффициент
сцепления (для легковых автомобилей ψmax = 0,35…0,5);
Memax – максимальный
крутящий момент двигателя; ηтр – КПД трансмиссии.
КПД трансмиссии:
ηтр = ηпп· ηвар· ηгп· ηкш· ηц
ηтр = 0,97·0,95·0,97·0,994·0,98
= 0,87
Передаточное число главной
передачи uгп примем 4,5.
Передаточное число
промежуточной передачи uпп:
где uвар н – передаточное
число вариатора на низшей передаче.
Уточняем передаточное
число вариатора на высшей передаче uвар
в:
Уточняем передаточное
число вариатора на низшей передаче uвар
н:
ПОСТРОЕНИЕ ТЯГОВОЙ
ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ
Тяговый баланс
автомобиля (тяговая характеристика) -
это зависимость силы тяги на колесах
автомобиля для всех передаточных чисел
в трансмиссии и сил сопротивления качению
Ff и воздуха
Fw, от скорости
движения автомобиля. Кривые Fаi строятся
для всего диапазона передаточных чисел
коробки передач.
Тяговую характеристику
строим при максимальной мощности двигателя.
Текущая
скорость автомобиля V, м/c:
где np – обороты
коленчатого вала при максимальной мощности,
об/мин,
uтрi – текущее
передаточное число трансмиссии.
Сила тяги автомобиля
Fт,
Н:
где Мд – момент
двигателя при максимальной мощности.
Расчет для высшей передачи
: uТР = 3,05.
РАСЧЁТ ШКИВОВ ВАРИАТОРА
Расчёт шкивов вариатора заключается
в определение диаметров (минимального
и максимального) ведущего и ведомого
шкивов.
Расчётный крутящий
момент.
За расчётный крутящий момент
принимается наименьший из крутящих моментов
(момент по сцеплению колёс или по двигателю)
при низшем передаточном числе трансмиссии
на ведомом шкиве.
Момент по сцеплению
колёс с дорогой на шкиве Мсц,
Нм:
где Ga – вес, приходящийся
на ведущий мост; φ – коэффициент сцепления;
uш-к – передаточное
число от шкива вариатора до колеса; ηтр.ш-к – КПД
трансмиссии на участке от колеса до шкива
вариатора.
где k – коэффициент, учитывающий
распределение массы автомобиля по мостам.
Момент по двигателю
на шкиве Мдв,
Нм:
где Ме – максимальный
момент двигателя; uд-ш – передаточное
число от двигателя до шкива вариатора;
ηтр.д-ш – КПД
трансмиссии на участке от двигателя до
шкива вариатора.
Мр = 351
Определение минимального
и максимального диаметра шкивов.
Примем равными минимальные
диаметры ведущего и ведомого шкивов при
высшем и низшем передаточном числе трансмиссии.
Тогда формула для расчёта минимального
диаметра шкивов d примет вид:
где S – коэффициент запаса
сцепления (S = 1,4…1,9); Р – шаг цепи;
А – площадь контакта шарнира
цепи со шкивом; µ - коэффициент сцепления;
[σ] – предел прочности;
х – зазор между шкивами.
Анализируя параметры современных
цепей принимаем следующие значения:
S = 1,4; Р = 20·10-3 м; А = 72,96·10-6 м2; µ = 0,15; [σ]
= 950 Мпа (30ХГТ).
Минимальный диаметр ведомого
шкива примем d2 = 0,035 м
Максимальный диаметр ведущего
шкива D1, м:
D1 = d2·uвар.н
D1 = 0,035·2,4 = 0,084
м
Минимальный диаметр ведущего
шкива d1, м
d1 = d2 = 0,035
Максимальный диаметр ведомого
шкива D2, м:
D2 = d1 / uвар.в
D2 = 0,035 / 0,53 =
0,066 м
За расчётный крутящий момент
примем момент по сцеплению при низшем
передаточном числе трансмиссии.
ПРОЕКТНЫЙ РАСЧЁТ
ВАЛА
Рассчитываемый вал – вал ведомого
шкива вариатора.
Нагрузки на вал.
Нагрузка от цепной передачи
Fц, кН:
где М – крутящий момент на
валу; d2–диаметр
ведомого шкива, мм; µ’ –приведённый коэффициент
трения; β – угол обхвата ведомого шкива,
рад.
µ’ ≈ 3µ
µ’ = 3·0,15 = 0,45
Крутящий момент выбирается
наименьший из моментов по сцеплению или
по двигателю.
Мдв = Ме·uвар.н
Мдв = 148·2,4 = 355
Нм
М = 315Нм
Радиальная сила
от промежуточной передачи Fr,
кН:
где dш – диаметр
шестерни, мм; α –угол зацепления, град;
β’ – угол наклона зубьев, град.
кН
Осевая сила от промежуточной
передачи Fa,
кН:
Расчёт вала на статическую
прочность
Диаметра вала d, мм:
где Мр – расчётный
крутящий момент в опасном сечении вала,
кНм; [τт] – предел
текучести при изгибе, Мпа.
Материал вала – 30ХГТ.[τт] = 665 МПа.
В качестве опасного сечения
вала примем середину расстояния между
полу шкивами ведомого вала
За расчётный момент принимается
максимальный динамический момент от
наименьшего из моментов по сцеплению
или по двигателю.
Мр = Кд·М
где Кд коэффициент
динамичности.
По четвёртой теореме прочности
эквивалентный момент М, кНм:
где Ми – суммарный
изгибной момент, кНм; Мкр – крутящий
момент на валу, кНм.
где Мвер, Мгор – изгибные
моменты в вертикальной и горизонтальной
плоскостях соответственно.
Мр = 1,5·1,21 = 1,82