Легковой автомобиль повышенной проходимости «Шевроле – Нива» с разработкой коробки переменны передач

(1)

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(национальный исследовательский университет) Факультет «Автотранспортный»

Кафедра «Колесных и гусеничных машин»

РАБОТА(ПРОЕКТ) ПРОВЕРЕНА ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ Рецензент Заведующий кафедрой _____________________________ ___________ Бондарь В.Н.

________________________2019 г. _________________2019 г.

Легковой автомобиль повышенной проходимости «Шевроле-Нива» с разработкой коробки переменных передач

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЕ (ПРОЕКТУ) ЮУрГУ–23.05.01.2019.351 ПЗ ВКР

Консультанты Руководитель работы старший преподаватель к.т.н., доцент

__________ Лелекова С.Ю. ______________ Уланов А.Г.

«___» _____________ 2019 г. «___» _____________ 2019 г.

д.т.н., профессор Автор проекта

__________ Аверьянов Ю.И. студент группы ПЗ-603:

«___»______________2019 г. ___________ Хайруллин А.В.

«___» _____________ 2019 г.

________________________ Нормоконтролер ________________________ к.т.н., доцент

«___»______________2019 г. _______________ Дуюн В.И.

«___» _____________ 2019 г.

Челябинск 2019

(2)

АННОТАЦИЯ

А.В. Хайруллин «Легковой автомобиль повышенной проходимости “Шевроле- Нива” с разработкой коробки переменных передач». – Челябинск:

ЮУрГУ, ПЗ-603, 96 с., Х ил., …табл., библиогр. список – 16 наим., 10 л.

плакатов ф. А1.

Ключевые слова: легковой автомобиль, трансмиссия, первичный вал, полый вал.

Выпускная квалификационная работа заключается в создании легкового автомобиля повышенной проходимости “Шевроле ˗ Нива” с разработкой коробки переменных передач. В ходе работы разработана коробка передач, проработаны элементы переднего и заднего редуктора.

В разделе 1 проведен анализ существующих конструкций трансмиссии автомобиля, выявлены достоинства и недостатки каждого типа, приведена таблица выбранных элементов трансмиссии.

В разделе 2 проведен конструкторский расчет коробки передачи.

В разделах 3, 4 дана оценка энергосбережению новой конструкции, произведен расчет платы за выбросы вредных веществ в атмосферу, также произведен расчет количества выбросов вредных веществ в атмосферу проектируемым автомобилем.

В разделе 5 описано экономическое обоснование проекта. Рассчитана себестоимость новой конструкции и произведена оценка по снижению себестоимости автомобиля в целом.

В разделе 6 представлена разработка технологического процесса изготовления одного из элементов конструкции коробки передач: крышка подшипника.

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

Разраб. Хайруллин А.

Провер. Уланов А.Г.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Пояснительная записка ^Лит. ^Листов

ЮУрГУ Кафедра КГМ

(3)

В разделе 7 описано безопасность жизни деятельности был произведен расчет освещения и шума на рабочем месте.

В заключении сделаны выводы по проделанной работе.

Ключевые слова: легковой автомобиль, трансмиссия, первичный вал, полый вал.

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

ВКР 23.05.01.2019.622. ПЗ

Лист

(4)

ОГЛАВЛЕНИЕ

АННОТАЦИЯ ... 2

2.9.1 Предварительный расчет входного вала ... 45

2.9.2 Уточненный расчет входного вала: ... 45

2.11 Расчет вторичного (полого) вала ... 54

2.11.1 Предварительный расчет полого вала ... 54

2.11.2 Уточненный расчет входного вала ... 54

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ... 95

ВКР 23.05.01.2019.622. ПЗ

Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата

ВКР 23.05.01.2019.622. ПЗ

Лист

(5)

Введение

В мире ежегодно производится свыше 42 млн. легковых автомобилей, и это число увеличивается. Автомобильный рынок России занимает седьмое место среди крупнейших автомобильных рынков мира. Плотность автомобильного парка составляет более двухсот автомобилей на тысячу человек.

Совершенно очевидно, что в мире на сегодняшний день все больше и больше производятся автомобили спортивного дизайна и «паркетных внедорожников», многие из которых представляются как кроссоверы.

Россия не стала исключением, но большее распространение в нашей стране все-таки получают автомобили повышенной проходимости. Это связано прежде всего с плохим качеством дорожного полотна и достаточно динамичным ритмом дорожного движения. В отличие от автомобильного парка, рост качества дорог в стране почти незаметен. Поэтому предпочтение отдается высокому дорожному просвету, хорошей плавности хода и высоким тягово-скоростным показателям.

Водитель внедорожника желает, чтобы его автомобиль не только был надежен и управляем по асфальтированному покрытию, а также и по бездорожью и, конечно, неотъемлемым требованием является небольшой расход топлива.

Трансмиссия тесно связана с обеспечением высокой проходимости автомобиля и играет важную роль при разработке внедорожника. Грамотное распределение массы автомобиля, увеличение дорожного просвета, блокировка межосевых дифференциалов – все это влечет к увеличению проходимости.

В ходе дипломного проектирования необходимо учесть упомянутые выше предпочтения и разработать автомобиль повышенной проходимости, удовлетворяющий всем потребностям водителя.

Изм. Лист докум. Подпись Дата

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ

(6)

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ 1.1 Дифференциал

Дифференциал – это механическое устройство, которое передает вращение с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга и их соотношение может быть непостоянным. То есть его назначение состоит в следующем:

а) позволяет колёсам вращаться с разными угловыми скоростями;

б) передаёт крутящий момент от двигателя на ведущие колёса;

в) служит дополнительной понижающей передачей.

1.1.1 Обычный классический дифференциал

Классические автомобильные дифференциалы основаны на планетарной передаче (рисунок 1.1). Карданный вал через коническую зубчатую передачу передает вращение на редуктор. Редуктор через независимые друг от друга шестерни вращает полуоси. Такое зацепление имеет не одну, а две степени свободы, и каждая из полуосей вращается с такой скоростью, с какой может.

Постоянна лишь суммарная скорость вращения полуосей.

Характеристика: дифференциал делит усилие (крутящий момент от двигателя) поровну между колёсами, а величина этого усилия зависит от сцепления колёс с дорогой. Если одно из колёс находится на льду (а ещё лучше в воздухе, для наглядности примера), то усилие на него равно нулю. Следовательно, и на противоположном колесе тяговое усилие будет равно нулю, соответственно машина никуда ехать не будет.

Преимущество: простота конструкции.

Недостатки: недостаточная проходимость.

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(7)

Рисунок 1.1 Классический дифференциал

1 – полуоси; 2 – ведомая шестерня; 3 – ведущая шестерня; 4 – шестерни полуосей;

5 – шестерни – сателлиты

1.1.2 Ручная блокировка дифференциала (рисунок 1.2)

Характеристика: по команде из кабины шестерни дифференциала блокируются, и колёса вращаются синхронно. Таким образом, дифференциал стоит блокировать перед преодолением сложных участков пути (вязкий грунт, препятствия), и затем отключать блокировку после выезда на обычную дорогу.

Применяется в вездеходах и внедорожниках. При езде на таких автомобилях чаще всего не рекомендуется включать блокировку, когда автомобиль движется. Также нужно знать, что крутящий момент, создаваемый мотором, настолько велик, что может сломать механизм блокировки или полуось.

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(8)

Рисунок 1.2 Ручная блокировка дифференциала 1 – муфта блокировки с приводом; 2 – главная передача

Обычно производители автомобиля отдельно указывают рекомендованную максимальную скорость движения при заблокированном дифференциале, в случае ее превышения возможны поломки трансмиссии. Включенная блокировка, особенно в переднем мосту, отрицательно влияет на управляемость.

Преимущество: простота и улучшенная проходимость.

Недостатки: отрицательно влияет на управляемость, ограничение в скорости.

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(9)

1.1.3 Фрикционный самоблокирующийся дифференциал

Этот тип дифференциала (рисунок 1.3) основан на том, что на прямой полуоси вращаются синхронно с ротором, но в повороте появляется разница в

угловых скоростях. Между ротором и полуосью сделан фрикцион (в зависимости от конструкции, фрикцион может быть на одной полуоси или на

двух; на ходовые качества это не влияет). Когда автомобиль движется по прямой, ротор и полуось вращаются с одной и той же скоростью, и трения нет. Чем больше разность в скорости полуосей, тем выше сила трения.

Рисунок 1.3 Фрикционный самоблокирующийся дифференциал

1 – корпус дифференциала; 2 – левая полуосевая шестерня; 3 – левый пакет дисковых фрикционов; 4 – правая полуосевая шестерня; 5 – правый пакет дисковых фрикционов; 6 – ось блока сателлитов; 7 – раздвижные полукольца блока сателлитов

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(10)

1.1.4 Вискостная муфта

Упрощённый вариант фрикционного дифференциала (рисунок 1.4). На одной из полуосей имеется резервуар, заполненный вязкой жидкостью. В эту жидкость погружены два пакета дисков; один соединён с ротором, второй с полуосью. Чем больше разница в скоростях колёс, тем больше разница в скоростях вращения дисков, и тем больше вязкое сопротивление. Достоинство такой конструкции в простоте и дешевизне. Недостаток в том, что вискостная муфта довольно инерционна и отказывается работать на полном бездорожье.

Рисунок 1.4 Вискостная муфта

1 – корпус; 2 – вал корпуса; 3, 6 – ведущий и ведомый валы; 4 – диски; 5 – уплотнение

Преимущество: простота и дешевизна.

Недостатки: довольно инерционна и отказывается работать на полном бездорожье. Хороших ходовых качеств вязкостная муфта не обеспечивает. Для

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(11)

установки в качестве осевого дифференциала такая конструкция слишком громоздка.

1.1.5 Кулачковый/зубчатый самоблокирующийся дифференциал

Принцип действия аналогичен, но полуоси соединяются зубчатой или кулачковой парой (рисунок 1.5). Таким образом, при пробуксовке одного из колёс дифференциал резко блокируется. Поэтому такая система применяется только в военной технике, где нужно большое тяговое усилие и высокая долговечность в ущерб управляемости.

Преимущество: воспринимает большое тяговое усилие, высокая долговечность.

Недостатки: отрицательно сказывается на управляемости.

Рисунок 1.5 Зубчатый дифференциал

1.1.6 Гипоидные самоблокирующиеся дифференциалы

Существует три типа таких дифференциалов Zexel Torsen. (T – 1), Rod Quaife, Zexel Torsen (Т – 3). Все они основаны на свойстве гипоидной зубчатой или червячной передачи «заклинивать» при определённом соотношении крутящих моментов. Такие дифференциалы передают большую часть крутящего момента (до 80 %) небуксующему колесу.

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(12)

1.1.7 Дифференциал Torsen

Конструкция дифференциала Торсен (рисунок 1.6) основана на червячных шестернях, вращающихся на различных осях. Каждая боковая шестерня является

червячной шестерней с шлицевым соединением с выходными чашками. Внутри находится 2 или 3 набора планетарных червячных шестерен (называемых элементными шестернями), перпендикулярных к оси боковых шестерен. Каждый набор состоит из 2 – х червячных шестерен, соединенных между собой посредством ведомых шестерен, и зацепленных с боковыми шестернями. Таким образом, две боковые шестерни соединены между собой посредством элементных червячных шестерен.

Рисунок 1.6 Дифференциал Торсен

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(13)

1, 3 – правая и левая полуосевые шестерни; 2 – корпус; 4 – сателлит, связанный с правой полуосевой шестерни; 5, 7 – выходные валы дифференциала; 6 – саттелит, связанный с левой полуосевой шестерней

При изменении сцепления на колесе, давление между элементными шестернями и боковыми шестернями изменяется, вызывая контрвращение элементной пары, смещая вращающий момент на другую сторону. В отличие от других кон-

струкций, датчики вращающего момента работают практически в любых условиях. Даже если колеса вращаются с различными скоростями (поворот, прохождение через ухабы), они тем не менее всегда получают вращающий момент основанный на сцеплении.

Преимущество: срабатывание от разности моментов на полуосях, а не от разности скоростей, срабатывает мгновенно, на дожидаясь пробуксовки колес.

Недостатки: сложность, большая потеря мощности, чем у обычного дифференциала.

1.2 Коробка передач

Коробка передач является важным конструктивным элементом трансмиссии автомобиля. Коробка передач предназначена для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля, а также длительного разъединения двигателя от трансмиссии.

В зависимости от принципа действия различают следующие типы коробок передач:

– ступенчатые;

– бесступенчатые;

– комбинированные.

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(14)

Тип коробки передач во многом определяет тип трансмиссии автомобиля. В ступенчатых коробках передач крутящий момент изменяется ступенчато. К ним относятся:

– механическая коробка переключения передач;

– роботизированная коробка передач.

1.2.1 Механическая коробка передач

Механическая коробка передач представляет собой многоступенчатый цилиндрический редуктор, в котором предусмотрено ручное переключение пере- дач. В зависимости от числа ступеней различают четырехступенчатую, пятисту-

пенчатую, шестиступенчатую, семиступенчатую и более коробки передач.

Коробка передач показана на рисунке 1.7 – механическая, с ручным переключением, имеет пять передач переднего хода и одну – заднего, все передачи переднего хода синхронизированы.

Преимущество: простота конструкции, надежность, возможность ручного управления во всех режимах движения. Благодаря этим качествам МКПП является самым распространенным типом коробки передач.

Недостатки: утомляющее водителя переключение передач, особенно в городском цикле и движении в пробках, переключение передач сопряжено со временным разобщением двигателя и трансмиссии, что увеличивает время переключения.

Различают два основных вида: двухвальная и многовальная коробка передач.

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(15)

Рисунок 1.7 Коробка переключения передач

1 – первичный вал; 2 – сальник первичного вала; 3 – картер сцепления; 4 – пружинная шайба; 5 – сапун; 6 – игольчатый подшипник вторичного вала; 7 – зубчатый венец синхронизатора IV передачи; 8 – вилка переключения III и IV передач; 9 – скользящая муфта синхронизатора III и IV передач; 10 – ступица муфты синхронизатора III и IV передач; 11 – шестерня и зубчатый венец синхронизатора III передачи; 12 – шестерня и зубчатый венец синхронизатора II передачи; 13 – вилка переключения I и II передач; 14 – муфта переключения I и II передач; 15 – шестерня и зубчатый венец синхронизатора I передачи; 16 – промежуточный подшипник вторичного вала; 17 – шестерня V передачи; 18 – рычаг переключения передач; 19 – корпус рычага переключения передач; 20 – распорная втулка; 21 – фланец эластичной муфты; 22 – вторичный вал; 23 – сальник заднего подшипника вторичного вала; 24 – задний подшипник вторичного вала; 25 – маслоотражательная шайба; 26 – подшипник блока шестерен V передачи и заднего хода; 27 – блок шестерен V передачи и заднего хода; 28 – ступица синхронизатора V передачи; 29 – промежуточная шестерня

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(16)

заднего хода; 30 – задняя крышка; 31 – задний подшипник промежуточного вала;

32 – скользящая муфта синхронизатора I и II передач; 33 – пробка заливного отверстия; 34 – промежуточный вал; 35 – передний подшипник промежуточного вала; 36 – картер коробки передач; 37 – задний подшипник первичного вала; 38 – направляющая втулка

1.2.2 Двухвальная коробка передач

В них имеются параллельные ведущий и ведомый валы, крутящий момент передаётся непосредственно с одной из шестерен первичного вала на зафиксированную на своём валу синхронизатором соответствующую шестерню вторичного, поэтому прямая передача технически невозможна. В остальном их работа аналогична работе трёхвальной КП. Как правило, на конце вторичного вала такой КП находится ведущая шестерня главной передачи.

В коробках данного типа используются только 2 вала: ведущий и ведомый.

Основное отличие двухвальных коробок (рисунок 1.8) заключается в параллельном расположении валов, отсутствии прямой передачи и создании передачи не двумя, а одной парой шестерен. Шестерня главной передачи жестко закреплена

на ведомом валу, между остальными шестернями расположены синхронизаторы.

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(17)

Рисунок 1.8 Двухвальной коробки передач

1 – фланец полуоси; 2 – подшипник дифференциала; 3 – ведущая шестерня редуктора привода спидометра; 4 – коробка дифференциала; 5 – ведомая шестерня главной передачи; 6 – манжета (сальник); 7 – подшипник выключения сцепления;8 – картер сцепления; 9 – первичный вал; 10 – ось сателлитов; 11 – сателлит; 12 – полуосевая шестерня; 13 – распределительная пластина масла;14 – ось промежуточной шестерни заднего хода; 15 – промежуточная шестерня заднего хода; 16 – вилка включения передачи заднего хода; 17 – шестерня передачи заднего хода первичного вала; 18 – шестерня 1-й передачи первичного вала; 19 – синхронизатор 1-й и 2-й передач; 20 – ступица муфты синхронизатора;

21 – шестерня 2-й передачи первичного вала; 22 – ведущая шестерня 3-й передачи; 23 – синхронизатор 3-й и 4-й передач; 24 – ведущая шестерня 4-й передачи; 25 – упорное кольцо подшипника; 26 – подшипник; 27 – ведущая шестерня 5-й передачи; 28 – пластина крепления подшипников; 29 – синхронизатор 5-й передачи; 30 – шайба; 31 – упорное кольцо пальцев синхронизатора; 32 – упорное кольцо; 33 – втулка

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(18)

шестерни; 34 – выключатель света заднего хода; 35 – вал переключателя передач;

36 – переключатель передач; 37 – шток вилок переключения 5-й передачи и заднего хода; 38 – шток вилок включения 3-й и 4-й передач;39 – гайка крепления ведущей шестерни главной передачи; 40 – шток вилок включения 1-й и 2-й передач; 41 – плунжер; 42 – крышка коробки передач; 43 – ведомая шестерня 5-й передачи; 44 – подшипник; 45 – регулировочные шайбы осевого положения ведущей шестерни главной передачи; 46 – ведомая шестерня 4-й передачи; 47 – шпонка; 48 – вилка включения 3-й и 4-й передач; 49 – стопорное кольцо; 50 – пружинная шайба; 51 – ведомая шестерня 3-й передачи; 52 – ведомая шестерня 2- й передачи; 53 – вилка включения 1-й и 2-й передач; 54 – ведомая шестерня 1-й передачи; 55 – ведомая шестерня заднего хода; 56 – картер коробки передач; 57 – подшипник; 58 – стопорная пластина крепления подшипника; 59 – ведущая шестерня главной передачи; 60 – картер главной передачи; 61 – стопорное кольцо фланца полуоси; 62 – стопор регулировочной шайбы; 63 – регулировочная гайка;

64 – пробка маслосливного отверстия

Обычно в двухвальных коробках в одном корпусе совмещаются узлы переключения передач, блоки шестерен, валы, синхронизаторы и дифференциал.

Поэтому для уменьшения продольного размера могут использоваться несколько ведомых валов, которые попеременно вращают своими шестернями главной передачи ведомую шестерню, приводящую в действие дифференциал.

Для включения передач в двухвальных коробках задействуются рычаги выбора передачи и специальный шток переключения. При повороте рычага в салоне приводится в движение рычаг выбора передачи. После этого происходит продольное движение и включение штока переключения, который для блокировки шестерни толкает зубчатым венцом муфты синхронизатора соответствующую вилку на ведомом валу. Принцип работы передачи ”задний ход” аналогичен трехвальным коробкам.

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(19)

1.2.3 Трехвальная коробка передач

В коробках данного типа (рисунок 1.9) используются 3 вала: ведущий, промежуточный и ведомый. Крутящий момент передается от диска сцепления на ведущий вал. От него вращение поступает на промежуточный вал, шестерни которого в свою очередь вращают шестерни ведомого. Сам ведомый вал при этом не вращается.

Рисунок 1.9 Трехвальной коробки передач

1 – ведущий вал; 2 – крышка подшипника; 3 – выключатель света заднего хода;

4 – манжета ведущего вала; 5 – задний подшипник ведущего вала; 6 – шестерня привода промежуточного вала; 7 – сапун; 8 – шестерня III передачи; 9 – передний картер; 10 – шестерня I передачи; 11 – шестерня заднего хода; 12 – штоки переключения передач; 13 – шарик – фиксатор; 14 – пружина; 15 – рычаг переключения; 16 – защитный уплотнитель; 17 – колпак рычага; 18 – корпус рычага переключения; 19 – задний картер; 20 – ведомый вал; 21 – манжеты удлинителя заднего картера; 22 – втулка; 23 – шестерня привода спидометра; 24 – привод спидометра; 25 – задний подшипник промежуточного вала; 26 – шестерня V передачи; 27 – болты крепления оси промежуточной шестерни заднего хода; 28

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(20)

– промежуточная шестерня заднего хода; 29 – промежуточный вал ; 30 – маслозаливная пробка

При повороте рычага включения передачи в нужную позицию происходит выбор соответствующей вилки для включения, который сопровождается продольным движением рычага. Синхронизатор совмещает угловые скорости вала и шестерни, приводя в действие зубчатый венец. Тот входит в шестерню, жестко связывая её с ведомым валом.

Момент вхождения венца обычно сопровождается характерным щелчком фиксации на рычаге коробки передач. После этого крутящий момент поступает на хвостовик коробки передач, а от него уже на ведущий мост автомобиля.

Вариация передаточных чисел возможна благодаря уменьшению количества зубьев на ведущей шестерне и увеличению на ведомой или ступенчатому уменьшению количества зубьев для ведомой шестерни.

Однако в определенный момент количество оборотов ведомого вала может сравняться с частотой оборотов двигателя и тогда передавать крутящий момент посредством шестерен станет бессмысленно. Поэтому в трехвальных коробках реализована прямая передача, которая подразумевает соединение ведущего вала с ведомым валом через синхронизатор напрямую с коэффициентом передачи, равным единице. В несинхронизированных КП спортивных автомобилей или спецтехники для этой же цели часто используются кулачковые муфты.

Для передачи “задний ход” в трехвальных коробках предусмотрена дополнительная шестерня на отдельном вале. Она включается между ведомым и промежуточным валом, что обеспечивает реверсное движение ведомого вала.

Комфортное включение передач в трехвальных механических коробках обеспечивается за счет использования косозубых шестерен.

1.2.4 Роботизированная коробка передач

Роботизированная коробка (рисунок 1.10) передач представляет собой механическую коробку передач, в которой автоматизированы функции

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(21)

выключения сцепления и переключения передач. Современные роботы имеют двойное сцепление, которое обеспечивает передачу крутящего момента без разрыва потока мощности.

Рисунок 1.10 Роботизированная коробка передач с двойным сцеплением 1 – первая передача; 2 – вторая передача; 3 – третья передача; 4 – четвертая передача; 5 – пятая передача; 6 – шестая передача; 7 – седьмая передача; 8 – вторичный вал 1; 9 – вторичный вал 2; 10 – вторичный вал 3; 11 – двойное сцепление; 12 – двухмассовый маховик; 13 – первичный вал 1; 14 – первичный вал 2; R1 – промежуточная шестерня передачи заднего хода; R2 – шестерня передачи заднего хода

Применение роботизированной коробки передач с двойным сцеплением обеспечивает снижение расхода топлива, высокую разгонную динамику.

Благодаря данным качествам, популярность роботов стремительно растет. В настоящее время преселективные коробки передач устанавливаются как на бюджетные автомобили (Volkswagen, Ford), так и автомобили премиум класса (Bentley, Porsche). Известными конструкциями роботизированных коробок

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(22)

передач являются коробки передач DSG (Direct Shift Gearbox), SMG (Sequential M Gearbox), Изитроник.

Преимущество: снижение расхода топлива, высокая разгонная динамика,

быстрое переключение передач, без разрыва потока мощности.

Недостатки: значительно увеличивается стоимость автомобиля, не ремонтопригодна из – за сложности конструкции.

1.2.5 Вариатор

К бесступенчатым коробкам передач относится вариатор. В отличие от ступенчатых коробок, передаточное число в вариаторах изменяется плавно (рисунок 1.11). Это достигается за счет гидравлического или механического преобразования крутящего момента.

Рисунок 1.11 Принцип работы вариатора

Благодаря своей конструкции вариатор (рисунок 1.12) обеспечивает оптимальные динамические характеристики автомобиля. С другой стороны вариаторная коробка передач имеет ограничения по величине передающего крутящего момента. Отдельные конструкции имеют нарекания в

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(23)

планенадежности и ресурса. Вариаторы используют, в сновном японские автомобильные компании (Nissan, Honda, Subaru), из европейских - Audi.

Известными конструкциями вариаторов являются Мультитроник, Экстроид.

Рисунок 1.12 Беступенчатый вариатор

1 – приводной вал; 2 – привод масляного насоса; 3 – трансформатор с муфтой блокировки; 4 – дифференциал; 5 – стальной гибкий ремень; 6 – вторичная пара шкивов; 7 – выходной вал; 8 – планетарный ряд; 9 - первичная пара шкивов

Преимущество: плавное нарастание крутящего момента.

Недостатки: вариатор не устанавливают на автомобили с мощными двигателями, ремонт такой коробки довольно дорог.

1.2.6 Автоматическая коробка передач

Комбинированный принцип действия используется в автоматической коробке переключения передач. Классическая автоматическая коробка передач включает гидротрансформатор (заменяющий сцепление и обеспечивающий безступенчатое

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(24)

регулирование крутящего момента) и механическую коробку передач (обычно планетарный редуктор). Современные автоматы имеют семь (7G-Tronic) и

даже восемь ступеней передач. В ряде конструкций автоматической коробки передач предусмотрена имитация ручного переключения передач Типтроник, Стептроник.

В настоящее время термином "автоматическая коробка передач" (рисунок 1.13) обозначаются не только классическая гидротрансформаторная коробка, а также роботизированная коробка передач и вариатор. Все они имеют электронное управление.

Рисунок 1.13 Автоматическая коробка передач

1 – гидротрансформатор; 2 – масляный насос; 3 – ведущий вал; 4 – дисковый тормоз в1; 5 – блокировочная муфта к1; 6 – блокировочная муфта к2; 7 – дисковый тормоз в3; 8 – блокировочная муфта к3; 9 – дисковый тормоз в2; 10 – ведомый вал; 11 – шестерня механизма блокировки выходного вала;

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(25)

12 –промежуточный вал; 13 – муфта свободного вала ф2; 14 – задний планетарный ряд; 15 – средний планетарный ряд; 16 – электрогидравлический блок

управления; 17 – передний планетарный ряд; 18 – муфта свободного хода ф1;

19 – вал реактора гидротрансформатора; 20 – муфта блокировки гидротрансформатора

Разновидностью автоматической коробки передач является адаптивная коробка передач, учитывающая стиль вождения конкретного человека.

Преимущество: плавное переключение передач и высокую надежность работы.

Недостатки: повышенный расход топлива и низкая разгонная динамика.

Вывод:

Из представленных конструкций наиболее целесообразно для данного автомобиля применить механическую двухвальную коробку передач т.к.

автомобиль будет использоваться по бездорожью. Его преимущества над другими:

– Контролируемое переключение передач водителем,

– Есть режим, представляющий возможность тормозить двигателем, – Есть сцепление,

– больший КПД, чем у трехвальной коробки передач,

– простота вывода крутящего момента на любую сторону коробки.

В таблице 1 представлены выбранные конструкции трансмисии проектируемого автомобиля:

Таблица 1.1 – Конструкция трансмиссии проектируемого автомобиля

№ Элемент трансмиссии Выбранная конструкция

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(26)

1 коробка передач «классический»

дифференциал

2 коробка передач механическая, двухвальная

2 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ Трансмиссия:

Колесная формула: 4×4 Конструкция коробки передач: Механическая;

Размер колес: 35/12 r16 (американская система).

Общие сведения:

Количество дверей 5 Мест 5 Габаритные размеры, мм:

длина 4048 ширина 2120 высота 1700 Масса снаряженная, кг 1250 Грузоподъёмность, кг 500 Распределение полной массы авто, кг:

– на переднюю ось 890 – на заднюю 860 Колея передних колес 1450 Колея задних колес 1440

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(27)

2.1 Расчёт коробки передач

Данные по коробке передач в таблице 2.1:

Таблица 2.1 – Исходные данные коробки передач передач

а вид β i d1,м

м d2,мм d3,мм m z1 z2 z3

I косозубая 15⁰ 3,85 30 115 – 2,25 14 54 – II косозубая 15⁰ 2,46 41 102 – 2,5 15 37 – III косозубая 15⁰ 1,57 55 87 – 2,5 20 32 – IV косозубая 15⁰ 1,11 66 75 – 2,5 25 28 – Задн. прямозубая – 3,53 30 106 30 2,5 14 54 14

2.2 Расчётный крутящий момент

За расчётный момент на валу трансмиссии принимаем меньший из двух.

Момент на валу двигателя М_рд, Нм, рассчитывают по формуле:

(2.1) где M^max – максимальный крутящий момент двигателя, Нм;

u_д-в– передаточное число от вала двигателя к рассматриваемому валу на данной передаче;

ηд-в – общий КПД передач, расположенных между двигателем и рассматриваемым валом.

Момент по сцеплению колеса с дорогой, Мφ, Нм, рассчитывают по формуле:

(2.2) где G_сц – нагрузка, приходящаяся на ведущие колеса;

φ – расчетное значение коэффициента сцепления колес с дорогой;

r_r – радиус качения ведущих колес, м;

uв-к – передаточное число от рассматриваемого вала к ведущим колесам;

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(28)

ηв-к – общий КПД передач, расположенных между рассматриваемым валом и ведущими колесами.

Первая передача:

М_рд= 300 ∙ 3.85 ∙ 0.95 ∙ 1 = 1097 Нм;

Принимаем: М_р = 761 Нм.

Расчёты для остальных передач, являются аналогичными приведённому выше, результаты в таблице 2.2:

Таблица 2.2 – Расчетный крутящий момент

передача М_рд, Нм М_φ, Нм М_р, Нм

I 1097 761 761

II 664 962 664

III 408 1049 408

IV 270 1224 270

Заднего хода 1059 748 748

2.3 Расчётная частота вращения

Для определения расчётной частоты вращения n, об/мин, воспользуемся следующими формулами:

(2.3) где n_ПВ – расчетная частота вращения вторичного вала;

uПВ-В – передаточное число от вторичного вала коробки передачи к колесам.

Расчетная частота вращения вторичного вала n_пв, об/мин, определяется по формуле:

(2.4)

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(29)

где V_ср – средняя скорость автомобиля на данной передаче;

uo – передаточное число главной передачи;

r_к – радиус ведущих колес.

Средняя техническая скорость автомобиля V_ср, км/ч, на любой передаче определяется по формуле:

(2.5) Максимальная скорость автомобиля V_мах, км/ч, на любой передаче определяется по формуле:

(2.6) где n_e – номинальная частота вращения вала;

uтр – передаточное число трансмиссии на данной передаче.

Тогда, с учетом значений для каждой передачи, получим:

На первой передаче: мин^-1

Расчёты для остальных передач, являются аналогичными приведённому выше, результаты в таблице 2.3:

Таблица 2.3 – Результаты расчета частоты вращения

передача Vmax Vcp

nпв n

км/ч м/с км/ч м/с

I 25 7.2 17 5 507 114

II 43 11.97 30 8.38 895 331

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(30)

III 70 19.68 49.6 13.78 1478 900

IV 104 29 73.08 20.3 2180 1955

Заднего хода 33 9.17 23.1 6.4 689 195

2.4 Определение величин, входящих в формулы для нахождения расчётных напряжений.

2.4.1 Расчетная окружная сила F_t цилиндрического зубчатого колеса, имеющего одно зацепление, определяется по формуле:

(2.7) где Ft – расчетная окружная сила, кН;

М_р – расчетный момент на валу рассматриваемого зубчатого колеса, Нм;

dw – начальный диаметр шестерни для цилиндрических передач, мм.

На первой передаче:

На второй передаче:

На третьей передаче:

На четвертой передаче:

На передаче заднего хода:

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(31)

2.4.2 Единичное контактное напряжение (коэффициент контактного напряжения) zн определяется по формуле:

(2.8) где β – угол зацепления в зубчатых колесах, °;

αw – угол профиля зубчатой рейки, °.

2.4.3 Единичное напряжение изгиба YF, находим по формуле:

(2.9) где Y – коэффициент напряжения изгиба[2, стр. 9]; _F⁰

К_u – коэффициент, учитывающий параметры парного зубчатого колеса;

К_α – коэффициент, учитывающий угол профиля инструмента [2, стр. 10];

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(32)

К_ρ – коэффициент, который принимают в зависимости от относительного радиуса переходной кривой; [2, стр. 10];

К_τ – коэффициент, учитывающий перераспределение толщин зубьев шестерни и колеса. [2, стр. 11];

Тогда на первой передаче:

1 K

K ;

1 K ;

, 811 . 2 1 1 1 907 . 0 1 . 3

Y_F1 Y_F2 2.34 1.357 11 1 3.175.

05 , 3

Y_F1⁰ , Y_F2⁰ 2.4;

1 K

K ;

1 K ;

, 513 . 2 1 1 1 824 . 0 05 , 3

Y_F1 Y_F2 2.4 1.183 11 1 2.839.

7 . 2

Y_F1⁰ , Y_F2⁰ 2.45;

1 K

K ;

1 K ;

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР

(33)

, 653 , 3 1 1 1 953 . 0 7 . 2

Y_F1 ; Y_F2 2.45 1.075 11 1 2.634.

55 . 2

Y_F1⁰ , Y_F2⁰ 2.48;

1 K

K ;

1 K ;

, 51 . 2 1 1 1 986 . 0 55 . 2

Y_F1 Y_F2 2.48 1.015 11 1 2.517.

1 K

K ;

1 K ;

, 811 . 2 1 1 1 907 . 0 1 . 3

Y_F1 Y_F2 2.34 1.357 11 1 3.175.

2.4.4 Коэффициенты Z_∑ и Y_∑, зависящие от суммарной длины контакта линий и перекрытия зубьев:

Z∑ = Y∑ = 1 – для прямозубых передач [2, стр. 12];

Z_∑= Y_∑= 0.66.

Z∑ = Y∑ =0.65.

Лист

23.05.01.2019.622. ПЗ ВКР