Разработка вариаторной коробки передач для автомобиля категории М1

 

Примем d = 30мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЁТ ШЛИЦЕВОГО СОЕДИНИЯ

Подвижный полу шкив ведомого вала имеет подвижное шлицевое соединение с валом.

Шлицевое соединение 6х26х30

 

Расчёт шлицевого соединения на прочность

Средний диаметр dср, мм:

                             

где D, d – внешний и внутренний диаметр соответственно.

 

Рабочая высота шлицев h, мм:

                             

где с – фаска, мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее σсм ср и максимальное σсм мах напряжения смятия, МПа:

                             

 

где z – число шлицев на валу; l–рабочая длина соединения; Кз – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между шлицами; Кпр.к. – коэффициент продольной концентрации нагрузки; Кн.п. – коэффициент концентрации нагрузки от погрешности изготовления.

Ммах = Кд·Мкр                             

Ммах = 1,5·315 = 0,47 кНм

 

Кз = 1,47

Кпр.к = 1

Кн.п. = 1

 

Коэффициент запаса прочностиn:

                             

στ – предел текучести материала зубьев.

≥ 1,25

Прочность вала обеспечена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.2 Расчёт шлицевого соединения на износ

Номинальное напряжение смятия σсм, МПа:

                              (8.2.1)

 

Расчётное напряжение смятия σсм расч, МПа:

σсм расч = σсмКпр.к.К’з                              (8.2.2)

К’з = 1,43

σсм расч = 21,5·1,43·1 = 30,7

Число оборотов ведущего колеса автомобиля, за 1 км пробега ns:

ns = 1000 / (2πrk)                              (8.2.3)

ns = 1000 / (2·3,14·0,34) = 468

Число циклов изменения напряжения на боковой поверхности шлица, приходящейся на 1 км пробега N1:

Ni = ansuвк                              (8.2.4)

где а – число зацеплений одного шлица одной и той же стороной за один оборот вала; uвк – передаточное число от вала к ведущим колёсам.

Ni = 1·468·5,805 = 2717

Ресурс износостойкости соединения в условных единицах, расходуемый за 1 км пробега автомобиляR1и:

R1и = σmсм расчN1Kпи                              (8.2.5)

где Kпи – коэффициент приведения, m =3.

R1и = 30,73·2717·0,05 = 3,93·106

Допускаемое напряжение смятия [σсм] при базовом числе циклов N0 = 108и постоянном режиме работы, МПа.

[σсм] = 205

Предельное напряжение смятия по условию износостойкости σи lim, МПа:

σи lim = [σсм] / (KсKос)(8.2.6)

где Kс–коэффициент, учитывающий условия смазки; Kос – коэффициент, учитывающий осевое закрепление.

σи lim = 205/(0,7·3) = 97,6

Общий ресурс износостойкости в условных единицах Rи lim:

Rи lim = σmи limN0                         (8.2.7)

Rи lim = 97,53·108 = 92,7·1012

Пробег автомобиля до достижения соединения предельной износостойкости LИ, км:

LИ = Rи lim / R1и                              (8.2.8)

LИ = 92,7·1012/ 3,93·106 = 23,6·106 ≥ 105

Износостойкость вала обеспечена.

9ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЁТ ВАЛА

Напряжения изгиба σ и кручения τ, МПа:

                              (9.1)

                              (9.2)

где Wи, Wкр - момент сопротивления изгибу и кручению соответственно, м3; S–площадь сечения вала.

Wи = (9.3)

Wкр = (9.4)

Wи = 3,14·0,0393 / 32 = 6,3·10-6

Wкр = 3,15·10-6

 

 

Запасы прочности по пределам текучестиnστ и nτT:

nστ = Кεт σТ / σ                              (9.5)

nτT = Кεт τТ / τ                              (9.6)

где Кεт – коэффициент, учитывающий влияние абсолютных размеров сечения вала на предел текучести; σТ, τТ – пределы текучести при изгибе и кручении.

nστ = 0,93·950 / 515 = 1,72

nτT = 0,93·665 / 352 = 1,76

Запас прочности по пределам прочности nσВ и nτВ:

nσв = Кεв σВ / σ                              (9.7)

nτв = Кεв τВ / τ                              (9.8)

где Кεв - коэффициент, учитывающий влияние абсолютных размеров сечения вала на предел прочности; σВ, τВ – пределы прочности при изгибе и кручении.

nσв = 0,93·1150 / 515 = 1,72

nτв = 0,93·950 / 352 = 1,76

Общие коэффициенты запаса прочностиnTи nВ:

                             (9.9)

                              (9.10)

 

 

nT≥ 1,2; nВ ≥ 1,5.

Прочность вала обеспечена.

10РАСЧЁТ ПОДШИПНИКОВ ВЕДОМОГО ВАЛА

На валу установлены два одинаковых подшипника – шариковые радиальные.

Расчёт подшипников сводят к проверке неравенства:

Lh ≥ [Lh]                              (10.1)

где Lh – номинальная долговечность, ч; [Lh] – требуемая долговечность, ч.

 

Расчётный крутящий момент Мр, Нм:

Мр = 739

Радиальная нагрузка на подшипникFr, кН.

Выбираем максимальную из реакций в опорах.

                   (10.2)

 

Осевая нагрузка на подшипник Fa, кН:

Fa = 2,9

Приведённая нагрузка Р, кН:

Р = (ХVFr + YFa)KбКт                              (10.3)

где Х, Y – коэффициенты соответственно радиальной и осевой нагрузок; V–коэффициент вращения; Кб – коэффициент безопасности, учитывающий влияние колебательных процессов в трансмиссии; Кт – температурный коэффициент.

Р = (1·1·16,07+0·2,9)·1·1,12 = 18

Расчётная долговечность подшипника Lh, ч:

                              (10.4)

где а1 – коэффициент долговечности; а23 – коэффициент условий работы; m–показатель степени; n–расчётная частота вращения подшипника, об/мин.

Требуемая долговечность подшипника [Lh], ч:

                              (10.5)

где Vср – средняя скорость автомобиля, км/ч.

Средняя скорость автомобиля Vср, км/ч:

Vср = (0,5…0,75)Vmax                              (10.6)

Vср = 0,7·230 = 161

 

Требуемая величина динамической грузоподъёмности С, кН:

                              (10.7)

 

Применим на каждой опоре по два подшипника, тогда динамическая грузоподъёмность одного подшипника С будет равна:

С1 = С / 1,62

С1 = 84 / 1,62 = 52

По каталогу выбираем подшипник 407.

Выбранный подшипник имеет внутренний диаметр dп = 35 мм. Исходя из этого изменим диаметры участков вала в большую сторону, что благоприятно скажется на прочности вала.

Диаметр вала под подвижным полу шкивом d = 46 мм.

Шлицевое соединение –d–8х42х46x 8

Минимальный диаметр ведомого шкива примем d2 = 0,065 м

Максимальный диаметр ведущего шкива D1, м:

D1 = 0,142 м

Минимальный диаметр ведущего шкива d1, м

d1 = d2 = 0,065

Максимальный диаметр ведомого шкива D2, м:

D2= 0,103 м

 

11РАСЧЁТ ШАРНИРА РАВНЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ

Окружная сила в шарнире:

                             (11.1)

где – число шариков, через которые передаётся крутящий момент (обычно чётное число); Ткв – крутящий момент, передаваемый шарниром; R–радиус окружности расположения шариков.

Нормальная сила N в точках контакта поверхностей шарика и канавок обеих обойм:

                             (11.2)

где =40…450.

Допускаемая сила [N], действующая на шарик:

[N] = 26,6·106d2                             (11.3)

или

                             (11.4)

                             (11.5)

Примем:

Ткв = Мсц = 4,58 кНм.

kд = 1,5

nT = 6

0

 

Примем d = 40 мм

Радиус окружности расположения шариков R, мм:

.

 

 12СБОРКА ВАРИАТОРА

В корпус 19 устанавливаются подшипники 30, 33. На валы10, 11, 12 устанавливаются соответствующие детали и узлы, устанавливается упорное кольцо 26, после чего производится установка валов в корпус 19.В корпус 20 вставляются подшипники 33, 35, после корпусы 10 и 19 соединяются и стягиваются болтами 29.

В корпус 19 устанавливается планетарный механизм 4, который закрепляется крышкой 21 с подшипником 31.

В корпус 19 вставляется дифференциал 2, который устанавливается крышками 22 и 23.

К корпусу 20 присоединяется масляный насос 3 и ЭБУ 8.

 

13ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

Расчет затрат на изготовление вариатора ведем по упрощенной формуле:

,(13.1)

где 160 – усредненный коэффициент(Стоимость обработки 1 кг материала); mД - масса проектируемого узла или детали, кг (в качестве стоимости 1 кг металла примем усреднённое значение – 35 руб/кг)

Затраты на фонд основных рабочих Ф, руб:

                (13.2)

где 1,3 – усредненный коэффициент

Затраты на фонд оплаты трудаФопл:

                  (13.3)

где 1,4 – усредненный коэффициент.

Определим общую массу изготавливаемых деталей m, кг:

m = mполн– mпокуп(13.4)

где mполн полная масса вариатора, кг; mпокуп – масса покупных изделий, кг.

m = 82 – 16,8 = 65,2.

Рассчитаем стоимость изготовления вариатора и занесём полученные значения в таблицу 2.

 

Таблица 2. Расчет затрат на реализацию.

Наименование изделия	Кол-во, шт.	Масса, кг	Затраты на материал и изготовление, руб	Фонд основных рабочих, руб	Фонд оплаты труда, руб	Конечная стоимость, руб
Вариатор в сборе (без покупных изделий)	1	65,2	12714	16528	17800	47042
Масляный насос ВЦ-1.01.03.00	1	Покупная деталь				4430
Цепь ВЦ-1.01.07.00	1	Покупная деталь				15860
ЭБУ ВЦ-1.01.08.00	1	Покупная деталь				14750
Болты, стопорные кольца, манжеты	30	Покупная деталь				100
Подшипник 407 ГОСТ 8338-75	9	Покупная деталь				2106
Подшипник 1027310А ГОСТ 27365-87	2	Покупная деталь				470
Подшипник 308 ГОСТ 8338-75	1	Покупная деталь				116
Итого:						84874

 

 

Установим максимальную цену проектируемого автомобиля. Для этого необходимо сравнить его с аналогом. Проведем сравнение по основным критериям с автомобилем, на котором используется аналогичная трансмиссия, что и у проектируемого. За аналог возьмем автомобиль NissanNuranoXE. Сведем основные параметры для сравнения в таблицу 3 и рассчитаем коэффициент потребительского качества КПК.

 

 

Таблица 3. Расчет затрат на реализацию.

№ п\п	Показатель	Весовой коэф.	Проектируемый образец	Аналог	а	КПК
1	Динамика разгона до 100 км\ч, с	0,2	9,33	8,00	0,86	1,16
2	Расход топлива на 100 км, л\100 км	0,2	9,8	10,9	1,05	0,315
3	Комфорт	0,1	9	9	1	0,2
4	Бесшумность	0,1	8	7	0,88	0,18
5	Максимальный передаваемый крутящий момент вариатором	0,2	342	334	1,02	0,205
∑КПК						2,06

 

Максимальная цена проектируемого автомобиля:

                             (13.5)

гдеPaа – цена автомобиля-аналога; – суммарный коэффициент КПК.

рублей.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсовой работы был произведён расчёт автомобиля 4-го класса с вариатором.

В ходе курсовой работы были достигнуты поставленные цели.

• 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;