Упрощённая методика расчёта главных передач автомобилей: Методические указания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Красноярский Государственный Технический Университет

Андреев Б.В.

Упрощённая методика расчёта

главных передач автомобилей

Методические указания для студентов специальности 150100 «Автомобиле и тракторостроение» специализация «Автомобилестроение»

Красноярск 2002г.

Упрощённая методика расчёта главных передач автомобилей

1 Общие сведения о главных передачах

Главная передача служит для изменения плоскости действия крутящего момента, передаваемого от карданной передачи к ведущим колёсам автомобиля, а также для увеличения крутящего момента с одновременным снижением частоты вращения ведущих колёс.

Если главная передача установлена перед дифференциалом, то она называется центральной, если же наряду с центральной, у колёс устанавливаются дополнительные редукторы (колёсные), то такую главную передачу называют разнесённой. В последнем случае в качестве центральной главной передачи используют пару конических шестерён, а у колёс ставят планетарную передачу (Белаз – 540) или зубчатую передачу с внешним и внутренним зацеплениями шестерён (МАЗ – 500) и неподвижными осями валов.

Центральные главные передачи выполняют одинарными или двойными. В первом случае применяют пару конических спиральных или гипоидных шестерён, во втором случае – дополнительно одну пару цилиндрических шестерён. Двойные главные передачи используют обычно в грузовых автомобилях средней и большой грузоподъёмности для увеличения крутящего момента. Разнесённые главные передачи также применяют у грузовых автомобилей, но они, кроме увеличения крутящего момента, позволяют существенно упростить конструкцию картера центральной главной передачи, уменьшить его габариты и обеспечить больший дорожный просвет, что важно для улучшения проходимости автомобиля. При установке разнесённой главной передачи меньше нагружены дифференциал и полуоси в сравнении с двойной главной передачей при прочих равных условиях. Это происходит из-за того, что к дифференциалу подводится крутящий момент только от одной пары конических шестерён.

Наряду с главными передачами, выполненными с использованием конических и цилиндрических шестерён, могут применяться и червячные главные передачи. Они обеспечивают большие передаточные числа при малых габаритах, но эти передачи дороже конических.

В качестве центральных главных передач могут применяться двух и трёх ступенчатые передачи, позволяющие получить два и три передаточных числа. Изменение передаточных чисел должно осуществляться с места водителя.

В настоящей работе рассматриваются лишь главные передачи с коническими и цилиндрическими шестернями.

2 Теоретические предпосылки

Величины передаточных чисел главных передач рассчитывают на основе методов теории автомобиля /1/. Считаем, что передаточное число главной передачи нам известно. Установим связь между параметрами зубчатого зацепления (рис. 1) и напряжениями изгиба в основании зуба и контактные напряжения на его рабочей поверхности.

Считая, что напряжение изгиба σ постоянно для любого сечения зуба, получаем /2/.

                                                     (1)

где  - доля окружного усилия, приходящаяся на сечение зуба шириной ;

 - шаг зуба в сечении ;

 - коэффициент формы зуба.

Крутящий момент , приходящийся на сечение  зуба

,                                                    (2)

при точной обработке зубьев шестерён можно считать, что деформация зуба пропорциональна радиусу и шагу, т.е.

,                                                            (3)

,                                                             (4)

здесь:  - радиус ведущей шестерни по большому конусу;

 - радиус ведущей шестерни в сечении ;

 - шаг зацепления по большому конусу;

L – длина образующей делительного конуса (или конусное расстояние.)

Подставляя  из (1) в уравнение (2), получаем

,                                                (5)

Заменяя в (5)  и  их значениями из (3) и (4), имеем

,                                          (6)

Интегрируя (6) в пределах изменения х от  до , получаем

, или

,                                    (7)

или

.                                               (8)

Пренебрегая КПД коробки передач и карданной передачи, получим крутящий момент, подводимый к главной передаче

,                                                              (9)

где  - максимальный эффективный крутящий момент двигателя;

 - передаточное число коробки на первой передаче.

Шаг зацепления по большому конусу

,                                                  (10)

где  - нормальный модуль по большому конусу.

Радиус ведущей конической шестерни по большому конусу

,                                                         (11)

где  - число зубьев ведущей шестерни;

 - угол наклона винтовой линии зуба.

Подставляя в (8) значения ,  и  из (9), (10), (11), получаем окончательно

,                                   (12)

Напряжения, подсчитанные по уравнению (12), не должны превышать 400-450МПа для двойных главных передач и 550МПа для одинарных главных передач грузовых автомобилей, имеющих дополнительную опору вала ведущей конической шестерни /2/.

3 Выбор параметров для расчёта напряжений изгиба

(по уравнению (12))