А.В. Буянкин Механика и динамика транспортных средств. Методическиеуказания и контрольные вопросы к практическим работам по курсу Транспортные средства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автомобильных перевозок

МЕХАНИКА И ДИНАМИКА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Методические указания и контрольные вопросы к практическим работам по курсу "Транспортные средства"

для студентов специальности 240100.03 "Организация перевозок и управление на транспорте (автомобильном)"

(дневной формы обучения)

Составители А. В. Буянкин Л. С. Жданов

Рассмотрены и утверждены на заседании кафедры Протокол № 25 от 24.01.2000

Рекомендованы к печати методической комиссией специальности 240100.03 Протокол № 25 от 24.01.2000

Электронная копия хранится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2000

1

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Раздел "Механика и динамика транспортных средств" является заключительным разделом курса "Автотранспортные средства".

Цель данного раздела − дать студентам инженерные знания, необходимые для объективной оценки конструкций АТС, их агрегатов и систем. В данном разделе курса решаются следующие задачи:

•знакомство с основными требованиями к конструкциям АТС, их агрегатов и систем, изучение выходных и оценочных параметров агрегатов и систем АТС;

•изучение условий эксплуатации и нагрузочных режимов агрегатов и систем АТС;

•изучение рабочих процессов агрегатов и систем АТС, оценка влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на рабочие процессы и выходные параметры агрегатов и систем АТС;

•знакомство с основами расчета агрегатов и систем АТС на прочность и долговечность.

При изучении данного раздела необходимо в первую очередь выделить требования, предъявляемые к конструкции агрегатов и систем АТС, и проанализировать, как эти требования выполняются в существующих конструкциях. Основное внимание следует уделить изучению рабочих процессов и выходных параметров агрегатов и систем АТС. При этом необходимо выделить связи между рабочими процессами, нагрузочными режимами и требованиями к конструкции, а также отметить влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на рабочие процессы, выходные параметры, надежность и долговечность АТС.

Знание вышеперечисленного необходимо для объективной оценки совершенства конструкций автомобилей, правильного выбора типов автомобилей и их оптимальной эксплуатации в различных условиях.

2.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Впервую очередь необходимо хорошо усвоить назначение и типы трансмиссий, применяемых на автомобилях, назначение и принцип действия отдельных агрегатов трансмиссии.

Помимо этого необходимо понимать значение теории рабочих процессов и теории прочности при конструировании и оценке эксплуатационных свойств автомобиля, знать методы и основные принципы расчета деталей и узлов автомобиля на прочность и долговечность, уметь применять их на практике, основываясь на технических, техноло-

2

гических и экономических предпосылках выбора схемы и принципа действия агрегата.

Кроме того, необходимо знать конструкционные материалы, применяемые для основных деталей агрегатов трансмиссии, технологию изготовления, термообработку и требования к конструкционным материалам конкретного агрегата.

Контрольные вопросы

1. По каким причинам возникает необходимость применения трансмиссии на автомобилях?

2.Сравните между собой различные типы трансмиссий.

3.Перечислите агрегаты механической трансмиссии. Их назначе-

ние.

4. Какие расчетные режимы используют при расчете элементов трансмиссии?

2.1. СЦЕПЛЕНИЕ И ПРИВОД

В начале изучения данной темы необходимо выполнить анализ конструктивных схем и отдельных элементов конструкции сцепления, причем анализ следует проводить с точки зрения выполнения требований, предъявляемых к сцеплению.

При изучении рабочего процесса сцепления необходимо понять расчетную модель автомобиля, выделить принятые допущения и отметить влияние допущений на точность отражения расчетной моделью физических процессов (пробуксовывания), происходящих в сцеплении при трогании автомобиля с места, знать способы поддержания нормального температурного режима, основанные на правильном соотношении параметров сцепления (размеров дисков), крутящего момента двигателя и массы автомобиля или автопоезда. Необходимо также оценить влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на показатели нагруженности и долговечности сцепления и трансмиссии в целом.

Уметь производить выбор и расчет размеров и конструкции деталей механизма выключения и привода сцепления, исходя из условий долговечности, характеристик и показателей рабочего процесса.

Контрольные вопросы

1. Назначение, классификация, требования к сцеплениям. Обоснуйте каждое из требований.

3

2.Почему на автомобилях в основном применяют фрикционные дисковые сцепления? Чем можно объяснить малое распространение барабанных и конусных сцеплений?

3.Как определяют статический момент трения сцепления?

4.Какое численное отношение статического момента трения и максимального крутящего момента двигателя (больше, меньше или равное единице) обеспечивает длительную и безотказную эксплуатацию сцепления с высоким КПД?

5.Чем ограничивается значение коэффициента запаса сцепления?

6.Изобразите характеристику нажимных пружин. Почему целесообразно применять периферийные цилиндрические пружины с малой жесткостью?

7.Почему на легковых автомобилях целесообразно применять сцепление с диафрагменной пружиной? Недостатки такого сцепления.

8.Почему коэффициент запаса для сцеплений с диафрагменной пружиной имеет меньшее значение?

9.За счет чего диафрагменная нажимная пружина облегчает управление сцеплением и стабилизирует его статический момент трения?

10.Какими особенностями конструкции сцепления обеспечивается защита трансмиссии от динамических перегрузок?

11.Когда трансмиссия автомобиля окажется более нагруженной: при резком включении сцепления (броске педали) или при резком (экстренном) торможении автомобиля на передаче без выключения сцепления? Почему?

12.От чего зависит коэффициент трения?

13.Почему число рычагов выключения должно быть кратно числу нажимных пружин?

14.Преимущества и недостатки двухдискового сцепления.

15.По какому параметру можно оценить износостойкость сцеп-

ления?

16.Почему расчет работы буксования по формуле является ориентировочным?

17.На что затрачивается работа буксования сцепления?

18.Как влияет износ фрикционных накладок ведомого диска на работу сцепления? Как будут изменяться статический момент трения сцепления и свободный ход педали по мере износа накладок?

4

19. За счет чего может уменьшиться сила сжатия дисков в процессе эксплуатации?

20. Почему при определении теплового режима сцепления рассчитывают только нагрев нажимного диска?

21. Как отразится на тепловом режиме сцепления уменьшение толщины и массы нажимного диска и маховика?

22.Почему доля теплоты, поглощаемая диском, имеет именно такие значения?

23.Почему расчет нагрева сцепления является условным?

24.Назначение, классификация, требования к приводам сцепле-

ний.

25.Сравните механический и гидравлический приводы. Какой привод повышает плавность включения и почему? КПД какого привода выше и стабильнее?

26.Какими параметрами привода определяется удобство управления сцеплением?

27.Какими мероприятиями можно снизить усилие на педали сце-

пления?

28.Почему нельзя уменьшать усилие на педали путем значительного увеличения передаточного числа привода сцепления?

29.Из каких этапов состоит процесс управления сцеплением? Для каких из этих этапов можно рассчитать работу водителя? Почему?

30.Назначение зазора между рычагами и муфтой выключения. Почему для двухдисковых сцеплений этот зазор имеет большую величину?

31.С какой целью ограничивают усилие и ход педали сцепления?

32.Что определяют при расчете привода сцепления?

33.Что включает в себя полный ход педали сцепления?

34.Чем определяется свободный ход педали сцепления (при гидроприводе, при механическом приводе)?

2.2. КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Основным требованием, предъявляемым к коробке передач (КП), является требование обеспечения оптимальных тягово− скоростных и топливно− экономических свойств автомобиля, что обеспечивается правильным выбором числа ступеней, диапазона и значений передаточных чисел КП. При анализе конструкций ступенчатых КП необходимо рас-

5

смотреть и сравнить двух− и трехвальные КП, многоступенчатые КП с делителем и демультипликатором, отметить общее и отличия в конструктивных схемах современных ступенчатых КП.

Необходимо уяснить рабочий процесс редукторной части КП, особенности кинематики и динамики зубчатого зацепления (одно− и двухпарного), представлять влияние динамики зацепления и производственных отклонений на эксплуатационные качества (шум, прочность и нагрузочный режим). По известной методике определить основные параметры КП и выполнить расчет зубчатых колес на прочность и долговечность.

Особое внимание необходимо уделить изучению рабочего процесса синхронизатора. В его работе следует выделить три этапа: выравнивание угловых скоростей включаемой шестерни и вала, блокировку включающей муфты до полного выравнивания скоростей и включение передачи. При этом необходимо четко представлять, за счет каких конструктивных элементов синхронизатора происходят эти процессы.

При изучении рабочего процесса на основании теории синхронизации следует отметить факторы, определяющие продолжительность синхронизации, и условие, обеспечивающее блокировку муфты переключения до полного выравнивания угловых скоростей соединяемых элементов. В заключение следует произвести расчет инерционного конусного синхронизатора для заданной КП.

Контрольные вопросы

1. Назначение, классификация, требования к коробкам передач. Обоснуйте каждое из требований.

2.Почему автомобиль с поршневым ДВС не может обойтись без КП, а автомобиль с паровым или электродвигателем не требует применения в трансмиссии КП?

3.Сравните ступенчатые и бесступенчатые передачи.

4.Сравните вальные и планетарные КП.

5.Как определяется и что характеризует передаточное число зубчатой передачи?

6.Что такое "диапазон" передаточных чисел КП?

7.Сравните двух− и трехвальные КП.

8.Почему двухвальные КП не применяют на грузовых автомоби-

лях?

9.Выделите типовую схему современной трехвальной КП.

6

10. Почему шестерни первой передачи расположены ближе к задней стенке картера КП, а шестерни высших передач − ближе к передней опоре вторичного вала?

11. Назначение высшей ускоряющей передачи.

12. Чем отличаются многоступенчатые КП с делителем и демультипликатором? Сравните эти коробки.

13. С какой целью ограничивают усилие на рычаге КП?

14. Какой из расчетных режимов используют при расчете КП? 15. Что такое "нормальный модуль" зубчатого колеса? Что необ-

ходимо учитывать при выборе нормального модуля?

16. С какой целью шестерни в КП имеют постоянное зацепление? 17. Преимущества и недостатки косозубых шестерен.

18. Что необходимо учитывать при выборе угла наклона зубьев шестерен?

19. В каких КП и на каких валах нельзя уравновесить осевые силы, возникающие при работе косозубых шестерен?

20. На какой передаче и при каком условии нельзя уравновесить силы на промежуточном валу трехвальной КП?

21. Чем ограничивается ширина зубчатых колес КП?

22.Почему и каким значением ограничивается минимальное число зубьев шестерен?

23.По каким критериям производят расчет зубчатых колес КП на прочность и долговечность?

24.Исходя из чего выбирают размеры валов КП?

25.Почему синхронизатор называется инерционным?

26.Из каких этапов состоит процесс работы синхронизатора?

27.Угловые скорости каких элементов КП выравнивает синхро-

низатор?

28.Объясните смысл "перегазовки" при переключении передач с повышенной на пониженную.

29.Почему двойное нажатие на педаль сцепления облегчает работу синхронизатора (переключение с пониженной на повышенную)?

30.Какие допущения принимают при расчете синхронизатора?

31. Что является целью расчета синхронизатора?

32.Почему не рассчитывают синхронизаторы высших передач?

33.По какому критерию оценивают синхронизаторы?

34.Снизится ли время синхронизации при резком увеличении усилия на рычаге механизма переключения передач?

7

2.3. КАРДАННАЯ ПЕРЕДАЧА

Прежде всего необходимо рассмотреть кинематику карданного шарнира, получить условие синхронности вращения соединяемых валов

иотметить невыполнение этого условия у обычных карданных шарниров. Для двух− и трехшарнирных карданных передач с шарнирами неравных угловых скоростей нужно знать условия, обеспечивающие равномерное вращение ведомого вала карданной передачи.

Проводя анализ карданных шарниров, следует рассмотреть тенденции развития их конструкций.

При изучении рабочих процессов карданной передачи важно рассмотреть поперечные колебания карданного вала, определить критическую частоту его вращения, отметить влияние конструктивных факторов на значение критической частоты. Кроме того, необходимо обратить внимание на возможность передачи карданным валом осевых усилий от ведущего моста на силовой блок и отметить способы борьбы с этим явлением.

Помимо этого, следует выявить влияние динамики карданной передачи на эксплуатационные качества автомобиля (плавность трогания)

иработу трансмиссии (вибрации, шум). Выполнить расчет на прочность основных узлов карданной передачи: валов и карданных шарниров.

Контрольные вопросы

1. Назначение, классификация, требования к карданным передачам (карданным шарнирам). Обоснуйте каждое из требований.

2.Объясните термин "карданный шарнир неравных угловых скоростей" (асинхронный).

3.Какое условие должно быть выполнено для того, чтобы карданный шарнир обеспечивал равные угловые скорости валов?

4.Как компенсируется неравномерность вращения карданного шарнира неравных угловых скоростей в двухшарнирной передаче? Какие условия при этом должны быть выполнены?

5.Где на автомобиле применяют карданные передачи?

6.Объясните устройство и работу карданной передачи. Как компенсируется изменение длины карданной передачи?

7.С какой целью и как балансируют карданные передачи?

8.Что определяют при расчете карданной передачи с асинхронными шарнирами?

8

9. Чем ограничиваются минимальный и максимальный углы между валами карданной передачи с асинхронными шарнирами?

10. По каким критериям рассчитывают карданный вал?

11. Обоснуйте необходимость введения коэффициента, учитывающего тип двигателя, при расчете максимальной частоты вращения карданного вала.

12. Как определяют расчетный момент на карданном валу?

13. Обоснуйте необходимость введения коэффициента запаса по критической частоте вращения.

14. Что может произойти, если максимальная частота вращения карданного вала превысит критическую?

15. Критическая частота вращения возрастает с увеличением внутреннего диаметра карданного вала. Назовите предел увеличения внутреннего диаметра.

16. С какой целью и как балансируют карданные передачи?

17. Почему при расчете крестовины асинхронного карданного шарнира в качестве расчетного принимают меньший из моментов (по двигателю или по сцеплению)?

18. По каким критериям рассчитывают шипы крестовины?

19. По каким критериям рассчитывают вилку карданного шарни-

ра?

20. По какому критерию (и на соответствие какому условию) рассчитывают подшипник карданного шарнира?

21. Почему карданная передача, несмотря на наличие шлицевого соединения, может передавать осевые усилия? К каким последствиям это может привести и что делают для устранения подобных явлений?

22.Почему в приводе передних ведущих управляемых колес применяют карданные шарниры равных угловых скоростей?

23.С какой целью валы карданных передач, соединяющие КП с ведущим мостом, выполняют трубчатыми, а валы привода ведущих управляемых колес – сплошными?

2.4. ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА

При анализе конструкций главных передач необходимо выделить одинарные и двойные главные передачи (ГП), отметить преимущества и недостатки этих передач.

Одним из основных требований, предъявляемых к конструкции ГП, является требование обеспечения жесткости передачи, которая оп-

9

ределяет уровень ее шума и долговечность. Поэтому особое внимание следует уделить конструктивным и эксплуатационным способам обеспечения жесткости в существующих конструкциях.

В дальнейшем необходимо изучить рабочий процесс редукторной (преобразующей) части ГП, понять рабочую схему нагрузки с выделением особенностей гипоидной передачи, ее преимуществ и недостатков с точки зрения прочности, долговечности и эксплуатационных качеств.

Контрольные вопросы

1. Назначение, классификация, требования к ГП. Обоснуйте каждое из требований.

2.Преимущества и недостатки одинарных ГП.

3.Почему и в каких пределах ограничивают передаточное число одинарной ГП?

4.Чем гипоидная ГП отличается от конической? Преимущества и недостатки гипоидной передачи.

5.Почему при одинаковых числах зубьев передаточное число ги-

поидной ГП в 1,2 − 1,5 раза больше, чем конической?

6.Сравните гипоидные передачи с верхним и нижним смещением шестерни.

7.По какой причине шестерни главной передачи имеют направление спирали, противоположное вращению? Какую спираль называют "правой"?

8.Что служит расчетным моментом для проектирования ГП? Как он определяется?

9.Почему передаточное число гипоидной (конической) ГП не должно быть целым?

10.Чем ограничивается величина угла спирали зубьев шестерен

ГП?

11.Колесо или шестерня испытывают большую напряженность в работе? Почему?

12.Преимущества и недостатки двойных ГП. Сравните разнесенную и центральную двойные ГП.

13.С какой целью передаточное число конической пары выбирают меньшим, чем цилиндрической?

14.С какой целью коническую пару двойной ГП выполняют с круговыми (спиральными) зубьями, а не с прямыми?