Автомобиль грузовой – Зил-5301

 .                                           (4)

Момент  сопротивления кручению трубчатого сечения вала рассчитывается по формуле

 

                                    (5)

 

Величина Mк_j зависит от максимального динамического момента на ведущем валу трансмиссии Mj_max и передаточного числа трансмиссии на первой передаче:

                                              (6)

 

Динамический  момент Mj_max в зависимости от величины передаточного числа трансмиссии на первой передаче U_т=U₀*U₁ рассчитывается по формуле

 

 при 

где  β_c - коэффициент запаса сцепления (принимается ориентируясь на  конструкцию сцепления автомобиля-прототипа).

1.1.3 Расчёт карданного вала на  жёсткость

 

         В расчёте на жёсткость определяется  угол закручивания  карданного вала:

                                           (7)

 

где - полярный момент инерции трубчатого сечения вала при кручении; G=8,5 10¹⁰ Па - модуль упругости при кручении; M_к - расчётный крутящий момент, передаваемый карданным валом на первой передаче:

                                                                                         (8)

1.1.4 Расчёт карданного вала на  деформацию сжатия-растяжения

Деформация  сжатия-растяжения являются результатом  действия осевых сил. Осевые нагрузки в карданной передаче возникают  в шлицевом соединении при изменении  длины карданного вала, поскольку  перемещения в шлицевом соединении происходят в условиях граничного трения, с коэффициентом трения μ = 0,2 0,4. 

Напряжения, вызываемые осевой нагрузкой, определяются, исходя из максимальной осевой силы Р_о на низшей передаче:

 

                                   (9)

 

где r_cp - средний радиус шлицевой части вала; μ 0,2 - коэффициент трения в шлицевом соединении; F - площадь поперечного сечения вала.

Допускаемое напряжение 150 200 МПа.

1.2 Расчёт карданного шарнира неравных  угловых скоростей

Ш и п   к р е с т о в и н ы рассчитывают на изгиб и срез при передаче карданным шарниром динамического момента Mк_j (см. формулу 6).

Сила Р (рис.2), нагружающая шип крестовины, определяется по формуле

                                      (11)

 

где r – расстояние от центра крестовины до середины длины шипа l_ш.

         Напряжения изгиба шипа крестовины  в опасном сечении А-А:

 

                                     (12)

 

где а = l_ш/2; W_и 0,1·d³_ш - момент сопротивления сечения шипа при изгибе. При наличии в шипе отверстия для смазки диаметром d₀: .

Размеры l_ш, d_ш, r принимаются в зависимости от выбранного типоразмера карданного шарнира в соответствии с ГОСТ Р 52923-2008.

 

                                        (13)

 

К р е  с т о в и н а   к  а р д а н н о г о   ш а р н и р а   рассчитывается на разрыв по площади F в сечении Б-Б по формуле

 

                                     (14)

 

 

Рис.2. Схема  к расчету на прочность карданного шарнира неравных угловых скоростей

В и л  к а   к а р д а н  н о г о   в а л а (рис.2) рассчитывается на изгиб и кручение в опасном сечении А-А

 

Напряжения  изгиба

Напряжения  кручения                                                                          (15)

 

Здесь W_и, W_к  - моменты сопротивления опасного сечения при изгибе и при кручении.

         Для сечения в форме эллипса:

 

= =

 

Материал  вилки карданного шарнира: среднеуглеродистые стали 35, 40 и легированная сталь 40ХНМА; = 50 80 МПа; = 80 150 МПа.

1.3 Расчёт подшипников карданной  передачи

 

И г о  л ь ч а т ы й   п о д ш и п н и к крестовины при угле наклона карданного вала γ >1° и частоте вращения подшипника  n >1 об/мин,  рассчитывается на долговечность по методике [3]. При углах наклона γ <1° и при частоте n <1 об/мин игольчатый подшипник рассчитывают на статическую нагруженность. В курсовом проекте можно ограничиться проверочным расчётом подшипника на допустимую нагрузку

 

                                    (16)

 

Здесь z - число игл; l, d, - рабочая длина и диаметр иглы, cм; n_M - частота вращения коленчатого вала двигателя в об/мин при Me_max; U₁ - передаточное число коробки передач на первой передаче; γ - угол наклона карданного вала, град. (принимается по прототипу)

Работоспособность игольчатого подшипника будет обеспечена при выполнении условия

.

П о д ш и п н и к   п о д в е с н о й   о п о р ы рассчитывается на долговечность от осевого усилия F_a, действующего в шлицевом соединении карданного вала:

                                     (17)

 

где μ - коэффициент трения в шлицевом соединении, μ 0,2; d_ш - средний диаметр шлицев.

Эквивалентный момент  M_эк  рассчитывается по формуле

 

                            (18)

 

где G_a - полный вес автомобиля, Н; r_к - радиус качения колеса, м; U₀, η₀ - передаточное число и КПД главной передачи; Р_уд - эквивалентное удельное тяговое усилие автомобиля.

В зависимости  от типа автомобиля и условий его  эксплуатации рекомендуется принимать  следующие значения Р_уд:

 

легковые  автомобили:

движение  в городе                                                                        0,07 0,08                                                          

движение  по загородным шоссе                                                           0,06                                                       

грузовые  автомобили общетранспортного назначения, автобусы:

полной массой до 4 т                                                                             0,06                                                                             

от 4 до 10 т                                                                                            0,055                                                                                           

от 10 до 14 т                                                                                            0,05

от 14 до 20 т                                                                                          0,045                                                                                        

свыше 20 т                                                                                              0,04                                                                                            

автопоезда:

полной массой до 20 т                                                               0,03 0,035                                                               

свыше 20 т                                                                                    0,02 0,03                                                                                     

автомобили-самосвалы:

полной массой до 10 т                                                                          0,07

свыше 10 т                                                                                             0,06                                                                                              

автомобили  повышенной проходимости:

полной массой до 10 т                                                                        0,085                                                                        

свыше 10 т                                                                                             0,06                                                                                            

         Рассчитав нагрузку F_a, определяем требуемую динамическую грузоподъёмность подшипника

 

                   (19)

         Расчётная частота вращения карданного  вала n_p определяется на основе найденных ранее при выполнении тягового расчёта проектируемого автомобиля радиуса качения колеса r_к и передаточного числа главной передачи U₀:  

 

         Определив величину требуемой  динамической грузоподъёмности, производят  подбор подшипника по каталогу-справочнику.

 

11. Литература

 

1. Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.И. Гришкевича. М.: Высшая школа, 1985. 284 с
2. Богатырёв, А. В. Автомобили / А. В. Богатырёв, Ю. К. Есеновский

Лашков, М. Л. Насовский, В. А. Чернышев. – М.: КолосС, 2004. 496с

3. Осепчугов, В. В. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчёта / В. В. Осепчугов, А. К. Фрумкин. – М.: Машиностроение, 1989. 302 с
4. Краткий автомобильный справочник: в 5 т. / под ред. А. П. Насонова.

М.: Автополис-Плюс. Т. 1. ( 2002) – Т. 2. (2005).

5. Автомобильный справочник / Б.С. Васильев, М.С. Высоцкий, К.Л. Гаврилов и др. М.: Машиностроение, 2004. 704с.
6. Бортницкий П. И. Тягово-скоростные качества автомобиля: справочник /