Рассчитать максимальные скоростные и нагрузочные режимы работы валов трансмиссии автомобиля повышенной проходимости

Зарщиков А.М.

ЗАДАЧИ

По курсу: "Автомобиль. Анализ конструкций и элементы расчета"

Для студентов дневного и заочного отделений по специальности 190600, 190100

СибАДИ

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.............................................................................. 2

ЗАДАЧА № 1............................................................................................... 3

ЗАДАЧА № 2............................................................................................... 7

ЗАДАЧА № 3............................................................................................. 12

ЗАДАЧА № 4............................................................................................. 17

ЛИРЕРАТУРА........................................................................................... 21

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Предлагаемые задачи призваны закрепить знания по курсу "Автомобиль. Анализ конструкций и элементы расчета".

В качестве источника при составлении задач взят учебник "Конструирование и расчет автомобиля" /2/.

Задачи выносятся на самостоятельную работу студентов дневного и заочного отделений факультета "Автомобильный транспорт".

Студенты дневного отделения получают задание в начале семестра и защищают выполненную работу в течение семестра по установленному преподавателем графику: две задачи к первой контрольной неделе, другие две – ко второй. Результаты защиты повлияют на баллы в контрольной неделе. Варианты назначает преподаватель (всего десять вариантов).

Защита предполагает знание решения задач и правильные ответы на все контрольные вопросы по данной задаче. Защита производится отдельно по каждой задаче. После успешной защиты листы с решением защищенной задачи сдаются преподавателю.

Для заочников решение задач выполняется в отдельной тонкой тетради, которая почтой отправляется в институт на проверку (обязательно вместе с методичкой, если она выдавалась на кафедре). Студент допускается к сдаче экзамена, если все задачи решены правильно, а также письменно даны правильные ответы на контрольные вопросы.

Решение задач необходимо сопровождать выпиской из таблиц исходных данных, расчетными схемами, подробными комментариями к этапам вычислений (со ссылками на используемую литературу).

Нужный вариант для первой и третьей задачи студент (заочник) выбирает по последней цифре шифра своей зачетной книжки, а для второй и четвертой – по предпоследней.

ЗАДАЧА № 1

Рассчитать максимальные скоростные и нагрузочные режимы работы валов трансмиссии автомобиля повышенной проходимости.

Варианты:

Вариант
Авто.	ВАЗ	УАЗ	ГАЗ	ПАЗ	ЗИЛ	КамАЗ	Урал	КрАЗ	ЗИЛ	КамАЗ

Выбрать из предложенных семейств автомобиль повышенной проходимости. Например: ВАЗ – выбираем ВАЗ 2121 "Нива".

При определении крутящих моментов на валах использовать второй и третий расчетные режимы /2, с 46-47/.

Допущения: момент трения в дифференциале, влияющий на коэффициент его блокировки, отсутствует.

Пример решения:

1. Используя литературу по данной модели автомобиля /3/ изображаем схему трансмиссии автомобиля (предположим такая схема):

ДВС

С

КП

РК

ГП+Д

Межосевой дифференциал

Межколесный дифференциал

2. Определяем максимальную частоту вращения n валов трансмиссии:

n ₁ = n _еmax,

где n _еmax – максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

n ₂ = n ₁ / u _кв,

где u _кв – передаточное число коробки передач, на которой достигается максимальная скорость движения автомобиля (обычно это прямая передача).

n ₃ = n ₅ = n ₂ / u _рв,

где u _рв – передаточное число раздаточной коробки на высшей передаче. В соответствии с кинематикой дифференциала полусумма угловых скоростей ведомых звеньев равна угловой скорости корпуса дифференциала /4/. В нашем случае принимаем допущение - угловая скорость ведомых звеньев (скорость валов n ₃ и n ₅) одинакова, тогда: n ₃ = n ₅ = n _диф (n _диф – частота вращения корпуса межосевого дифференциала раздаточной коробки).

Такие же рассуждения подходят для определения угловых скоростей валов выходящих из всех дифференциалов автомобиля (межосевой дифференциал перед средним мостом, делящий крутящий момент между средним и задним мостами, межколесные дифференциалы ведущих мостов).

n ₇ = n ₅,

n ₄ = n ₃/ u _гп = n ₆ = n ₈, поскольку n ₃ = n ₅ = n ₇.

3. Расчетный режим по сцеплению колес с дорогой.

Предположим, двигатель имеет большой крутящий момент, который не может реализоваться даже при буксовании всех колес по асфальту (коэффициент сцепления принимаем φ = 0,8). В таком случае нет смысла считать валы на момент, который не может быть реализован даже в наилучших условиях сцепления. Все равно валах не будет больший, чем по условиям сцепления крутящий момент.

Для указанного режима определяем момент на каждом ведущем колесе по условиям сцепления:

М _К = 0,5 G _ось∙φ_max∙ r _Д,

здесь G _ось – полный вес, приходящийся на ведущую ось автомобиля /1/, φ_max = 0,8, r _Д – динамический радиус ведущего колеса /1/.

На полуосях будет точно такой же момент (ведь на колеса момент подошел с полуосей):

М _К8 = М _К6 = М _К,

Если развесовка по осям отличается, то на передних полуосях крутящий момент определится исходя из своего веса G' _ось:

М _К4 = М' _К.

Полуоси сходятся в дифференциале, следовательно на его корпусе (а значит и на ведомой шестерне главной передачи) крутящий момент будет в два раза больший. Перед главной передачей момент будет меньше в передаточное число раз (ведь ГП его увеличила):

М _К7 = 2∙ М _К8/ u _гп.

Аналогично рассуждая, можно определить моменты и на остальных валах:

М _К5 = М _К7 + 2∙ М _К6/ u _гп,

М _К3 =2∙ М _К4/ u _гп,

М _К2 =(М _К3 + М _К5)/ u _рн,

u _рн – передаточное число раздаточной коробки на низшей передаче.

М _К1 = М _К2/ u _кн,

u _кн – передаточное число КП на низшей (первой) передаче.

4. Расчетный режим из условий максимального крутящего момента двигателя при динамическом нагружении трансмиссии (бросок педали сцепления).

При динамическом нагружении трансмиссии (например, трогание с места с резким отпусканием педали сцепления) по ней проходит не только максимальный момент двигателя М _еmax, но и значительный инерционный момент двигателя, поскольку в таком режиме коленчатый вал резко уменьшает угловую скорость. Суммарный момент может быть очень большим, однако он ограничивается моментом трения между дисками сцепления. При достижении момента трения сцепления диски пробуксовывают. Величину максимального крутящего момента, который пойдет по трансмиссии в таком случае можно определить, зная коэффициент запаса сцепления β (для легковых автомобилей повышенной проходимости β можно принять 1,8, для грузовых автомобилей повышенной проходимости – 2,3).

М _К1 = М _еmax∙ β,

М _К2 = М _К1∙ u _кн,

М _К3 = М _К2 ∙ u _рн∙ 1/3,

умножение на "1/3" вызвано тем, что несимметричный межосевой дифференциал раздаточной коробки распределяет момент пропорционально количеству ведущих мостов (два таких момента пойдет назад):

М _К5 = М _К2 ∙ u _рн∙ 2/3,

М _К4 = М _К3 ∙ u _гп/2,

деление на"2" вызвано работой межколесного симметричного дифференциала.

М _К6 = (М _К5/2) ∙ u _гп/2,

здесь первая "2" в знаменателе объясняет работу симметричного межосевого дифференциала (он распределяет момент между средним и задним мостом), вторая "2" – работа межколесного симметричного дифференциала.

М _К7 = М _К5/2,

М _К8 = М _К7 ∙ u _гп/2.

5. Определяем, какой расчетный режим применим к конкретному рассчитываемому автомобилю. Если крутящий момент двигателя не обеспечивает на первичном валу КП момент, полученный из условий сцепления, колес с дорогой, то для данного автомобиля подходит расчет исходя из максимального момента двигателя. Если динамический момент на первом валу превышает момент по условиям сцепления – считать нужно по условиям сцепления колес с дорогой.

6. При определении напряженности работы деталей без динамического нагружения, например, по условиям сцепления колеса с дорогой, в дальнейших расчетах используется коэффициент запаса прочности к _з = 2,0…3,0. Если применялся режим динамического нагружения трансмиссии (второй вариант в задаче), тогда - к _з = 1,25…1,5. Соответственно изменятся и допускаемые напряжения.

Контрольные вопросы

1. Рассказать работу любого узла (по выбору преподавателя) трансмиссии рассчитываемого автомобиля.

2. Произвести расчет скоростного и нагрузочных режимов валов трансмиссии в общем случае.

3. Для чего необходимо знать скоростной и нагрузочный режимы работы механизмов автомобиля?

4. Какие режимы движения или приемы управления автомобилем вызывают рост: а) скоростного режима; б) нагрузочного режима работы механизмов трансмиссии?

5. Какие конструктивные и эксплуатационные мероприятия обеспечивают снижение динамических нагрузок трансмиссии автомобиля?

6. Какой вариант расчета нагрузочного режима подходит для "вашего" автомобиля и почему?

ЗАДАЧА № 2