- •30 -О)
- •2.1.5. Определение передаточных чисел коробки передач в соответствии с методическими указаниями
- •2Я передача
- •4Я передача
- •5Я передача
- •6Я передач
- •2.1.21. Время и путь разгона Таблица 2.23. Время разгона автомобиля
- •2.1.22. Топливно-экономическая характеристика
- •2.3. Расчёт деталей коробки передач 2.3.1 .Расчет зубчатой передачи
- •471,3 Нм
- •20 30 40
2.3. Расчёт деталей коробки передач 2.3.1 .Расчет зубчатой передачи
Для передачи крутящего момента 2-ой передачи (U2 = 2,563) выбирается зубчатая передача с постоянным передаточным числом, с внешним зацеплением и линейным касанием, то есть косозубые эвольвентные цилиндрические колеса. Косозубые колеса отличаются от прямозубых тем, что направление зубьев составляет некоторый угол с образующей делительного цилиндра. Вследствие более плавной работы косозубые колеса могут быть использованы при более высоких окружных скоростях (свыше 7 м/сек). Недостатком косозубых колес является то, что в зацеплении возникает осевая составляющая передаваемой зубьями силы, воспринимаемая одной из опор каждого вала, чего нет в прямозубых шестернях. Данное решение хорошо зарекомендовало себя в применении на выпускаемых коробках передач.
Таблица 2.27. Расчёт параметров зубчатого зацепления второй передачи
коробки передач
Стандартизированные значения параметров зацепления: | |||
Наименование |
Формула |
Обозначение |
Величина |
Угол главного профиля, град |
|
(X |
20 |
Коэффициент высоты головки зуба |
|
к |
1 |
Коэффициент высоты ножки зуба |
|
к |
1,25 |
Коэффициент граничной высоты |
К =2'К |
к |
2 |
Коэффициент радиуса кривизны переходной кривой |
|
Pf |
0,38 |
Коэффициент радиального зазора |
|
* с |
0,25 |
Межосевое растояние, мм |
|
aw |
68 |
Число зубьев шестерни |
|
|
16 |
Число зубьев колеса |
|
|
41 |
Передаточное число |
|
U |
2,56 |
Модуль, мм |
|
m |
2,25 |
Угол наклона линии зубьев, град |
|
P |
29 |
Шаг, мм |
|
P |
5 |
Осевой шаг, мм |
тс • m Рх- . я sin р |
Px |
14,6 |
Ширина венца ведущей шестерни, мм |
Ъх = b2 + (0,4...0,5)т |
ь |
17,1 |
Ширина венца ведомого колеса, мм |
Ь2 = (1..Л,2)-рх |
b2 |
16,0 |
Абсолютные значения размеров зуба исходного контура: | |||
Коэффициент высоты головки зуба |
К = т-К |
К |
2,25 |
Коэффициент высоты ножки зуба |
hf = m-h*f |
*f |
2,81 |
Коэффициент граничной высоты |
ht =m •h* |
К |
4,50 |
Коэффициент радиуса кривизны переходной кривой |
pf=m-pf |
pf |
0,86 |
Коэффициент радиального зазора |
c = m-c |
с |
0,56 |
Расчёт параметров зацепления | ||||
Определение параметры реечного исходного производящего контура для нарезания косозубых колес: | ||||
Угол профиля, град |
at -arctg |
tgia) \ Uos(/?)J |
a, |
22,59 |
Шаг, мм |
cos р |
P, |
5,72 | |
Модуль зубьев |
т mt = cos р |
mt |
2,57 | |
Коэффициент высоты головки зуба |
Kat = h'a-cos 0 |
K, |
1,97 | |
Коэффициент радиального зазора |
с* = с* • COS Р |
* C, |
0,22 | |
Геометрические расчеты эвольвентных зубчатых передач внешнего зацепления: | ||||
Угол зацепления проектируемой зубчатой передачи, град |
atw = arccos cos at • ——— — tw t L 2'aw |
<*IW |
5,47 | |
Коэффициент смещения шестерни |
|
xl |
0,00 | |
Коэффициент смещения колеса |
|
x2 |
0,00 | |
Суммарный коэффициент смещения |
|
xz |
0,00 | |
Коэффициент воспринимаемого смещения |
z,+z2 у = —! L. ' 2 |
< \ cos at ^ ^ cos octW , |
У |
-2,07 |
Коэффициент уравнительного смещения |
&У = У |
Ay |
2,07 |
Радиус делительной окружности шестерни, мм |
|
_ ' Zl,2 |
|
|
20,58 | ||
Радиус делительной окружности колеса, мм |
2 |
Г2 |
52,74 | ||||
Радиус основной окружности шестерни, мм |
mt Z12 rM7 =—cos а, 2 |
ГЫ |
19,00 | ||||
Радиус основной окружности колеса, мм |
rb 2 |
48,69 | |||||
Радиус начальной окружности шестерни, мм |
v — 'w 1,2 |
w •Z, 2 •cos at |
|
Г rW 1 |
16,69 | ||
Радиус начальной окружности колеса, мм |
2-cosalw |
T rW 2 |
42,78 | ||||
Радиус окружности вершин зубьев шестерни, мм |
ГаХЛ=тГ\ |
Z 2 + К+ x\,i +Av |
|
Га1 |
30,96 | ||
Радиус окружности вершин зубьев колеса, мм |
Га 2 |
63,12 | |||||
Радиус окружности впадин зубьев шестерни, мм |
ГП,2 = m, • |
( 7 \ ^12 7 * * |
|
|
14,96 | ||
Радиус окружности впадин зубьев колеса, мм |
Г/2 |
47,11 | |||||
Высота зубьев колес, мм |
h = \ =h=mt-(2-/C+ ~ЛУ) |
h |
5,37 | ||||
Толщина зуба по дуге делительной окружности шестерни, мм |
\2~тГ |
(ж Л - + 2'Xl2'tgat WJ |
A |
4,04 | |||
Толщина зуба по дуге делительной окружности колеса, мм |
|
4,04 | |||||
Угол профиля на окружности вершин зубьев шестерни, град |
(X |
(г Л rbV2 - arccos —— Y \ral,2 J |
«„1 |
52,14 | |||
Угол профиля на окружности вершин зубьев колеса, град |
|
«а2 |
39,52 |
Коэффициент торцового перекрытия |
_Zl-tgccx+Z2-tgoc2 2 • 71 (Zj + Z2)-tgatw 2 • 71 |
|
17,82 |
Допустимый коэффициент торцового перекрытия |
1- для косозубой передачи |
к] |
1,00 |
Должно выполняться условие : sa > \еа] |
выполнено. | ||
Проверочный расчёт зубьев на изгиб | |||
Степень точности зубчатых колес |
|
п |
7 |
Максимальный момент двигателя, Нм |
Из тягового расчёта |
^ Е max |
120 |
Частота вращения шестерни при максимальном моменте, мин"1 |
Из тягового расчёта |
п, |
2550 |
Частота вращения колеса при максимальном моменте, мин"2 |
пх п2= ии |
п2 |
995 |
Крутящий момент на валу шестерни, Нм |
|
Мх |
120 |
Крутящий момент на валу колеса, Нм |
м2=мг-и12 |
м2 |
308 |
Окружная скорость вращения зубчатых колёс, м/с |
п -г • nt 30-1000 |
V |
5,50 |
Материал шестерни |
|
20ХГНМ | |
Твёрдость поверхности зуба |
Справочная величина |
HRC |
58 |
Окружная сила в зацеплении, Н |
aw 1 |
F, |
7188 |
Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине зуб |
1,02для твердости поверхности зубьев >350НВ |
KFP |
1,02 |
Коэффициент динамичности |
1- для косозубой передачи 7-й степени точности, с окружной скоростью 3...8м/с |
KFV |
1 |
Коэффициент нагрузки |
KF = KFP ' KFv |
KF |
1,02 |
Коэффициент, учитывающий форму зуба шестерни |
Справочная величина |
YPl |
3,75 |
Коэффициент, учитывающий форму зуба колеса |
Справочная величина |
Y A F 2 |
3,61 |
Коэффициент, учитывающий наклон зуба |
В° р140 |
|
0,79 |
Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями |
4 + (*в-1Ми-5) KFa ~ Л |
KFa |
0,53 |
Напряжение изгиба в зубе шестерни, МПа |
Ft'KF ' YFi ' Yfi " KFa |
|
300 |
Напряжение изгиба в зубе колеса, МПа |
bi •m |
<JF1 |
307 |
Предел выносливости при базовом числе циклов, МПа |
Справочная величина |
_o F Иш b |
1180 |
Коэффициент, учитывающий нестабильность свойств материала |
Справочная величина |
|
1,25 |
Коэффициент, учитывающий способ получения заготовки |
Справочная величина |
fef |
1 |
Коэффициент безопасности |
|
[sF] |
1,25 |
Коэффициент реализации крутящего момента на передаче |
Справочная величина |
KM |
0,65 |
Допускаемое напряжение изгиба в зубе, МПа |
0 1_ FXxmb [<7f]-[sf\KM |
M |
1452 |
Должны выполняться условия : |
<TFIA<*F] |
выполнено. | |
|
выполнено. | ||
Проверочный расчёт на контактную выносливость | |||
Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями |
1- для 7-й степени точностизубчатых колёс |
КНа |
1 |
Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине зуба |
1,15- для несимметричного расположения зубчатых колес относительно опор и твердости поверхности зуба >350НВ |
Кнр |
1,15 |
Динамический коэффициент |
Справочная величина |
KHv |
1,05 |
Коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку и неравномерность распределения нагрузки между зубьями и по ширине зуба |
КН = К На ' Кнр • KHv |
Кя |
1,21 |
Контактное напряжение на поверхности зуба, МПа |
270 \МХ -Кн -(Ul2 +1)3 я ^ i ьги;2 |
|
960 |
Предел контактной выносливости при базовом числе циклов, МПа |
a°mimb = 23.HRC |
0 Н lim 6 |
1334 |
Коэффициент долговечности |
Справочная величина |
KHL |
1 |
Коэффициент безопасности |
Справочная величина |
К] |
1,1 |
Допускаемое контактное напряжение, МПа |
0 ЪГ Г— 1 _ Н limb ' HL [ я1~ Ы-z» |
kl |
1866 |
Должно выполняться условие : |
|
выполнено. |
Расчёт параметров зацепления для третьей, четвертой, пятой и шестой передач модернизированной коробки передач проводятся по расчётной схеме аналогичной представленной выше. С целью более компактного изложения
далее будут приведены только основные параметры зубчатых зацеплений, полученные в ходе расчёта.
Таблица 2.28. Параметры зубчатого зацепления третьей передачи
Наименование |
Обозначение |
Величина |
Угол главного профиля, град |
а |
20 |
Межосевое растояние, мм |
<*w |
68 |
Число зубьев шестерни |
|
20 |
Число зубьев колеса |
Z2 |
36 |
Передаточное число |
и |
1,80 |
Модуль, мм |
т |
1,75 |
Угол наклона линии зубьев, град |
р |
29 |
Шаг, мм |
р |
5 |
Осевой шаг, мм |
Рх |
14,6 |
Ширина венца ведущей шестерни, мм |
|
17,1 |
Ширина венца ведомого колеса, мм |
Ъ2 |
16,0 |
Диаметр делительной окружности шестерни, мм |
dx |
51,45 |
Диаметр делительной окружности колеса, мм |
d2 |
92,61 |
Диаметр основной окружности шестерни, мм |
dbx |
47,50 |
Диаметр основной окружности колеса, мм |
db 2 |
85,50 |
Диаметр начальной окружности шестерни, мм |
dwl |
42,48 |
Диаметр начальной окружности колеса, мм |
dwi |
76,47 |
Диаметр окружности вершин зубьев шестерни, мм |
da 1 |
85,07 |
Диаметр окружности вершин зубьев колеса, мм |
d«2 |
126,23 |
Диаметр окружности впадин зубьев шестерни, мм |
df 1 |
45,35 |
Диаметр окружности впадин зубьев колеса, мм |
d f 2 |
86,51 |
Напряжение изгиба в зубе шестерни, МПа |
|
337 |
Напряжение изгиба в зубе колеса, МПа |
|
350 |
Допускаемое напряжение изгиба в зубе, МПа |
M |
1452 |
Контактное напряжение на поверхности зуба, МПа |
|
953 |
Допускаемое контактное напряжение, МПа |
kl |
1866 |
Наименование |
Обозначение |
Величина |
Угол главного профиля, град |
ОС |
20 |
Межосевое растояние, мм |
ctw |
68 |
Число зубьев шестерни |
^ |
25 |
Число зубьев колеса |
|
32 |
Передаточное число |
и |
1,28 |
Модуль, мм |
т |
1,75 |
Угол наклона линии зубьев, град |
Р |
29 |
Шаг, мм |
р |
5 |
Осевой шаг, мм |
Рх |
14,6 |
Ширина венца ведущей шестерни, мм |
ьх |
17,1 |
Ширина венца ведомого колеса, мм |
К |
16,0 |
Диаметр делительной окружности шестерни, мм |
dx |
64,31 |
Диаметр делительной окружности колеса, мм |
d2 |
82,32 |
Диаметр основной окружности шестерни, мм |
dм |
59,38 |
Диаметр основной окружности колеса, мм |
db 2 |
76,00 |
Диаметр начальной окружности шестерни, мм |
dwl |
52,17 |
Диаметр начальной окружности колеса, мм |
dW2 |
66,78 |
Диаметр окружности вершин зубьев шестерни, мм |
da 1 |
85,07 |
Диаметр окружности вершин зубьев колеса, мм |
da 2 |
103,08 |
Диаметр окружности впадин зубьев шестерни, мм |
dn |
53,06 |
Диаметр окружности впадин зубьев колеса, мм |
df 2 |
71,07 |
Напряжение изгиба в зубе шестерни, МПа |
^F1 |
189 |
Напряжение изгиба в зубе колеса, МПа |
<*F2 |
199 |
Допускаемое напряжение изгиба в зубе, МПа |
Ы |
1452 |
Контактное напряжение на поверхности зуба, МПа |
|
984 |
Допускаемое контактное напряжение, МПа |
k] |
1866 |
Наименование |
Обозначение |
Величина |
Угол главного профиля, град |
ОС |
20 |
Межосевое растояние, мм |
aw |
68 |
Число зубьев шестерни |
|
32 |
Число зубьев колеса |
|
29 |
Передаточное число |
и |
0,91 |
Модуль, мм |
т |
1,75 |
Угол наклона линии зубьев, град |
Р |
29 |
Шаг, мм |
р |
5 |
Осевой шаг, мм |
Рх |
13,0 |
Ширина венца ведущей шестерни, мм |
|
15,2 |
Ширина венца ведомого колеса, мм |
Ъ2 |
14,3 |
Диаметр делительной окружности шестерни, мм |
dx |
73,17 |
Диаметр делительной окружности колеса, мм |
d2 |
66,31 |
Диаметр основной окружности шестерни, мм |
db 1 |
67,56 |
Диаметр основной окружности колеса, мм |
dt 2 |
61,22 |
Диаметр начальной окружности шестерни, мм |
dWx |
62,40 |
Диаметр начальной окружности колеса, мм |
|
56,55 |
Диаметр окружности вершин зубьев шестерни, мм |
daX |
84,66 |
Диаметр окружности вершин зубьев колеса, мм |
d« 2 |
77,80 |
Диаметр окружности впадин зубьев шестерни, мм |
dfx |
64,17 |
Диаметр окружности впадин зубьев колеса, мм |
d f 2 |
57,31 |
Напряжение изгиба в зубе шестерни, МПа |
1 |
204 |
Напряжение изгиба в зубе колеса, МПа |
сrF2 |
218 |
Допускаемое напряжение изгиба в зубе, МПа |
k] |
1452 |
Контактное напряжение на поверхности зуба, МПа |
|
1128 |
Допускаемое контактное напряжение, МПа |
|
1866 |
Наименование |
Обозначение |
Величина |
Угол главного профиля, град |
ОС |
20 |
Межосевое растояние, мм |
CCW |
68 |
Число зубьев шестерни |
|
37 |
Число зубьев колеса |
|
26 |
Передаточное число |
и |
0,70 |
Модуль, мм |
т |
1,75 |
Угол наклона линии зубьев, град |
Р |
13,9 |
Шаг, мм |
р |
5 |
Осевой шаг, мм |
Рх |
11,3 |
Ширина венца ведущей шестерни, мм |
Ъх |
13,3 |
Ширина венца ведомого колеса, мм |
Ъ2 |
12,5 |
Диаметр делительной окружности шестерни, мм |
dx |
74,03 |
Диаметр делительной окружности колеса, мм |
d2 |
52,02 |
Диаметр основной окружности шестерни, мм |
dы |
68,35 |
Диаметр основной окружности колеса, мм |
db 2 |
48,03 |
Диаметр начальной окружности шестерни, мм |
dwx |
69,86 |
Диаметр начальной окружности колеса, мм |
|
49,09 |
Диаметр окружности вершин зубьев шестерни, мм |
da 1 |
70,21 |
Диаметр окружности вершин зубьев колеса, мм |
d« 2 |
54,55 |
Диаметр окружности впадин зубьев шестерни, мм |
dn |
67,03 |
Диаметр окружности впадин зубьев колеса, мм |
d f 2 |
45,02 |
Напряжение изгиба в зубе шестерни, МПа |
° FX |
228 |
Напряжение изгиба в зубе колеса, МПа |
2 |
246 |
Допускаемое напряжение изгиба в зубе, МПа |
M |
1452 |
Контактное напряжение на поверхности зуба, МПа |
|
1312 |
Допускаемое контактное напряжение, МПа |
k] |
1866 |
2.3.2. Выбор материала деталей коробки передач
Для производства косозубых эвольвентных цилиндрических колес выбираем материал применяемый при производстве аналогичных зубчатых колес коробок передач выпускаемых ОАО «АвтоВАЗ» - 20ХГНМ.
20ХГНМ - сталь легированная, содержание углерода 0,2%, содержание каждого из легирующих элементов - хром, марганец, никель, молибден - свыше 1%.
Термическая обработка: нитроцементация, закалка, низкий отпуск по ТУ5.00147/1. Эффективная толщина закаленного слоя h =0,4...0,7мм;550HV. Твердость поверхности >58HRC. Твердость сердцевины у основания зуба32...45HRC.
2.3.3. Проверочный расчёт первичного вала на прочность
Прочность валов коробки передач проверяют при совместном действии изгиба и кручения. При этом в выполненных конструкциях коробок передач на низших передачах вал должен удовлетворять следующему условию:
сгрез<400 МПа,
где: арез- результирующие напряжение от действия кручения и изгиба.
= M^J_2-М
рвЗ ТТ7г 73 5 V /
где: М- результирующий момент, de - диаметр вала,
М рез=4ЩШ1+Т1, (2.32)
где: Мг- момент в горизонтальной плоскости, Мв- момент в вертикальной плоскости, Ткр - крутящий момент.
Максимальный крутящий момент двигателя: МЕ =120Нм; Передаточное число низшей передачи: Ux = 3,64; Диаметр рассчитываемой шестерни: = 28,76 мм; Угол наклона зуба: РФ= 26°; Угол профиля зуба: аа= 20°.
Силы, действующие в зубчатом зацеплении
Окружная сила:
2 М U 2-120-364
ТОПЛИВНОЙ экономичности для 33
N 64
Динамический баланс 71
Время разгона 74
Скорость, м/с 74
Путь разгона 75
Путевой расход топлива 76
dn 0,02876
Rax
Ft
0,178
27727 H
2648
Н