Модернизация раздаточной коробки передач автомобиля ВАЗ-2121

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Анализ существующих конструкций раздаточных коробок передач

2. Расчет раздаточной коробки

2.1 Определение передаточных чисел раздаточной коробки передач

2.2 Определение расчетных нагрузок

2.2.1 Нагрузочные режимы

2.2.2 Определение передаточных чисел

2.2.3 Определение вращающих моментов на валах

3.2.4 Определение сил в зацеплении раздаточной коробки

2.2.5 Определение сил в зацеплении дифференциала раздаточной коробки

2.3 Выбор параметров зубчатых колес

2.4 Расчет межосевого дифференциала

2.4.1 Расчет зубчатых колес межосевого дифференциала на статическую прочность

2.5 Расчет зубьев на контактную прочность

2.6 Расчет зубьев на изгибную прочность

2.7 Расчет высшей передачи

2.8 Расчет низшей передачи

2.9 Расчет валов раздаточной коробки передач

2.9.1 Расчет входного вала раздаточной коробки передач

2.9.2 Расчет входного вала раздаточной коробки передач на прочность

2.9.3 Расчет промежуточного вала раздаточной коробки передач

2.9.4 Расчет промежуточного вала раздаточной коробки передач на прочность

2.9.5 Расчет выходного вала раздаточной коробки передач

2.9.6 Расчет выходного вала раздаточной коробки передач на прочность

2.10 Расчет подшипников раздаточной коробки передач

3. Обоснование выбора смазочно-охлаждающих жидкостей

Заключение

Список используемой литературы

Введение

раздаточная коробка передач

Раздаточная коробка служит для распределения усилия на все ведущие мосты автомобиля. Кроме того, с ее помощью осуществляется включение и выключение ведущего переднего моста. Раздаточная коробка, как правило, имеет двухступенчатый редуктор. Под его воздействием меняются передаточные числа, и вдвое увеличивается количество передач автомобиля.

Первый ряд передаточных чисел получается при включении прямой (высшей) передачи. Второй ряд задействуется при понижении передачи. Это позволяет использовать автотранспорт в разных дорожных условиях. В конструкции автомобилей высокой проходимости имеется устройство, не позволяющее включить понижающую передачу в тот момент, когда передний мост включен. Такое устройство предохраняет задний мост от перегрузки большим крутящим моментом.

Типы раздаточных коробок

1. С соосными приводными валами ведущих мостов. Этот тип широко применяется благодаря возможности использования единой главной передачи для переднего и заднего мостов.

2. С несоосными ведомыми валами. У них нет промежуточного вала. Компактность, бесшумность, высокий КПД - вот главные преимущества этого типа раздаточной коробки. К тому же она отличается небольшой металлоемкостью.

3. С блокированным приводом ведущих мостов. Позволяет использовать полную тяговую силу без пробуксовывания колес. С такой раздаточной коробкой передний мост включается только на труднопроходимых участках дороги. При движении автомобиля по твердому покрытию в целях экономии топлива и снижения степени изнашивания шин передний мост отключается.

4. С дифференциальным приводом ведущих мостов. В коробках этого типа применяется дифференциал межосевой, позволяющий вращение ведущих валов с разными скоростями. У автомобиля, оснащенного такой коробкой, постоянно включен передний мост. Для повышения проходимости дифференциалы межосевые выполняются с принудительной блокировкой.

1. Анализ существующих конструкций раздаточных коробок передач

Раздаточная коробка передач автомобиля ВАЗ-2121 «Нива» (рис.1) двухступенчатая с двумя рычагами управления.

Рисунок №1 Раздаточная коробка:

1 - ведомая шестерня; 2 - подшипники дифференциала; 3 - пружинная шайба; 4 - стопорное кольцо; 5 - муфта блокировки дифференциала; 6 - зубчатый венец корпуса дифференциала; 7 - зубчатый венец вала привода переднего моста; 8 - подшипник вала привода переднего моста; 9 - маслоотражатель; 10 - грязеотражатель; 11 - вал привода переднего моста; 12 - фланец; 13 - сальник; 14 - пробка отверстия для слива масла; 15 - ведомая шестерня привода спидометра; 16 - ведущая шестерня привода спидометра; 17 - пробка отверстия для заливки и контроля уровня масла; 18 - передняя крышка раздаточной коробки; 19 - роликовый подшипник промежуточного вала; 20 - кронштейн подвески раздаточной коробки; 21 - крышка подшипника ведущего вала; 22 - упорное кольцо подшипника; 23 - подшипники ведущего вала; 24 - шестерня повышающей передачи; 25 - ступица муфты переключения передач; 26 - муфта переключения передач; 27 - картер раздаточной коробки; 28 - шестерня понижающей передачи; 29 - втулка шестерни низшей передачи; 30 - вал ведущий; 31 - задняя крышка; 32 - шариковый подшипник промежуточного вала; 33 - промежуточный вал; 34 - корпус дифференциала; 35 - упорная шайба шестерни привода заднего моста; 36 - подшипник вала привода заднего моста; 37 - шестерня привода заднего моста; 38 - сателлит; 39 - ось сателлитов; 40 - стопорное кольцо оси сателлитов; 41 - ось подвески раздаточной коробки; 42 - пружинная шайба; 43- межосевой дифференциал.

Высшая передача для хороших дорог имеет передаточное отношение 1,2, низшая, используемая на труднопроходимых участках, крутых подъемах и т. п., имеет передаточное отношение 2,135. Для переключения с высшей передачи на низшую служит муфта 25, перемещаемая по первичному валу.

В раздаточную коробку встроен межосевой дифференциал 43, позволяющий колесам передней и задней осей катиться с разной скоростью при поворотах, неровностях дороги и т. д., компенсируя неизбежное в таких случаях проскальзывание колес. Для выравнивания крутящего момента валов 11 привода ведущих осей автомобиля при различном дорожном сопротивлении (бездорожье) межосевой дифференциал имеет муфту 5 механизма блокировки, который дает водителю возможность в нужный момент жестко соединить вал привода передней оси 11 и корпус межосевого дифференциала, исключая относительное вращение переднего и заднего карданных валов.

УАЗ-31519 (Hunter)

Рисунок №2 Раздаточная коробка:

1 -ведущий вал (вторичный вал коробки передач); 2 - подшипник ведущего вала (вторичного вала коробки передач); 3 - шестерня ведущая (шестерня включения прямой и понижающей передач); 4, 7 - подшипники вала привода заднего моста; 5 - шестерня, ведомая спидометра; 6 - шестерня, ведущая спидометра; 8, 21 -манжеты; 9, 22 - фланцы; 10 - вал привода заднего моста; 11, 23 -подшипники промежуточного вала; 12 - промежуточный вал; 13 - шестерня включения переднего и заднего мостов; 14 - крышки подшипников; 15 - вал привода переднего моста; 16, 20 -подшипники вала привода переднего моста; 17 - крышка картера; 18 - картер; 19 - пробка сливного отверстия; 24 -заглушка; 25 - пластина подвески; 26 - стакан упорный подшипника; 27 - крышка люка; 28 - крышка механизма переключения; 29 -шток вилки включения прямой и понижающей передач; 30 - шток вилки включения переднего моста; 31 - шарик фиксатора; 32 - пружина фиксатора; 33 - вилка включения переднего моста; 34 - вилка включения прямой и понижающей передач

Раздаточная коробка двухступенчатая, механическая, имеет дополнительную понижающую передачу (рис. 2). На часть автомобилей может устанавливаться модернизированная «мелкомодульная» раздаточная коробка, в которой зубья шестерни включения переднего и заднего мостов, а также зубчатых венцов валов привода заднего и переднего мостов выполнены с модулем 2,5 мм (вместо 3,5). При этом передаточное число низшей передачи уменьшилось и стало 1,47 (вместо 1,94). Раздаточные коробки взаимозаменяемы и внешне ничем не отличаются.

В результате анализа раздаточных коробок передач решено установить на РК третий режим с возможностью отключения переднего моста, с целью уменьшения расхода топлива, а также уменьшения механических потерь.

2. Расчёт раздаточной коробки

2.1 Определение передаточных чисел раздаточной коробки передач

Передаточные числа коробки передач известны из технических характеристик автомобиля и равны

для первой передачи i_k1 = 3,67;

для второй передачи i_k2 = 2,1;

для третьей передачи i_k3 = 1,36;

для четвёртой передачи i_k4 = 1,00;

для пятой передачи i_k5 = 0,82.

2.2 Определение расчетных нагрузок

2.2.1 Нагрузочные режимы

1. По максимальному моменту двигателя:

где T_p расчетный момент на валу трансмиссии;

T_emax максимальный момент двигателя, T_emax = 139 Нм;

U суммарное передаточное число до рассчитываемой детали, U = U₁ = = 7,84.

2. По максимальному сцеплению ведущих колес с дорогой:

где R_zi нормальная реакция дороги на колеса соответствующих мостов:

_max максимальный коэффициент сцепления шины с дорогой, _max = 0,8.

3. По максимальным динамическим нагрузкам:

R_д коэффициент динамичности, R_д = 2,53,0, для автомобилей высокой проходимости, R_д = 3,0.

2.2.2 Определение передаточных чисел

2.2.3 Определение вращающих моментов на валах

2.2.4 Определение сил в зацеплении раздаточной коробки

Окружная:

Радиальная:

Осевая:

где Т - максимальный крутящий момент на колесе, Нм;

d - диаметр колеса, мм.

Первая пара зацепления

Вторая пара зацепления

2.2.5 Определение сил в зацеплении дифференциала раздаточной коробки

Окружная:

Радиальная:

Осевая:

где Т - максимальный крутящий момент на колесе, Нм;

r_x - средний радиус начального конуса шестерни, мм.

2.3 Выбор параметров зубчатых колес

Главным размерным параметром раздаточной коробки передач является межосевое расстояние.

,

где коэффициент R_a для легковых автомобилей находится в пределах 10…15; R_a = 12.

2.4 Расчет межосевого дифференциала

Межосевой дифференциал выбираем симметричный, т. к. легковой автомобиль ВАЗ2121 двухосный и необходимо деление крутящего момента на две части. Расчёт зубчатых колес дифференциалов имеет некоторые особенности. Большую часть пробега автомобиля зубчатые колеса дифференциала находятся в неподвижном относительно корпуса состоянии или имеют лишь малые перемещения, вызванные различными значениями радиусов колес. Так как отсутствует явно выраженный циклический характер изменения напряжения в зубчатых колесах дифференциала при действии длительных рабочих нагрузок, то расчет их производится только на статическую прочность.

2.4.1 Расчет зубчатых колес межосевого дифференциала на статическую прочность

; к_пF=0,0052;

,

где [_FCT] допускаемые напряжения;

S_F коэффициент запаса прочности, выбираемый в зависимости от стабильности свойств материала и технологии и ответственности конструкции.

.

Определим модуль зубчатого колеса.

,

где 0,85 коэффициент, характеризующий пониженную нагрузочную способность конической пары;

z₁ - коэффициент формы зуба;

k_Д - коэффициент, учитывающий влияние наклона зуба;

;

m=1,5;

;

условие выполняется.

2.5 Расчет зубьев на контактную прочность

В основе расчета минимального межосевого расстояния положена зависимость Герца-Беляева, учитывающая наибольшее нормальное напряжение в зоне контакта зубьев шестерни и колеса при сжатии. Полученные таким образом напряжения учитывают кривизны шестерни и колеса, а также и модуль упругости применяемых материалов. Выберем предварительно для изготовления зубчатых колес сталь 18ХГТ.

,

где коэффициент ширины зубчатого венца, ;

учитывает допускаемое напряжение материалов.

Найдем к_пн,

;

;

к_пн=0,029;

- время работы на соответствующей передаче.

- эквивалентное число циклов нагружения при принятом расчетном моменте;

;

.

;

мм,

- множитель, характеризующий увеличение номинальных напряжений;

Примем мм, после выбора межосевого расстояния, назначается ширина зубчатых венцов, модуль и угол наклона.

Рабочая ширина зубчатых венцов мм.

условие выполняется

; условие выполняется

.

2.6 Расчет зубьев на изгибную прочность

Модуль зубчатой передачи коробки определяется из условия обеспечения усталостной и изгибной прочности, при этом учитывается мах момент, определяемый по двум расчетным режимам.

;

к_пF=0,0052;

;

;

где - базовые допускаемые напряжения;

- предел выносливости, определяемый на зубьях при отнулевом цикле;

- коэффициент запаса прочности, выбираемый в зависимости от стабильности свойств материала и технологии и ответственности конструкции.

- коэффициент, учитывающий шероховатость переходной поверхности

- коэффициент размеров (масштабный фактор);

- коэффициент, учитывающий чувствительность материала к концентрации напряжений и градиент напряжений, определяемый в зависимости от модуля.

.

Допускаемое напряжение изгиба определяется как

.

Определим модуль зубчатого колеса.

, где

- коэффициент нагрузки;

- коэффициент формы зуба;

- коэффициент, учитывающий влияние наклона зуба;

;

;

;

условие выполняется.

Суммарное число зубьев кинематической пары

;

Определим числа зубьев зубчатых колес:

;

;

Найдем межосевое расстояние мм.

примем мм.

Проверим зубчатую передачу на статическую прочность.

условие выполняется.

2.7 Расчет высшей передачи

Исходные данные для расчета высшей передачи:

, , , , мм.

мм

мм

мм

мм

Угол профиля:

Угол зацепления:

Делительный диаметр:

мм;

мм;

мм.

Диаметры и окружностей вершин и впадин зубьев колес внешнего зацепления:

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Уточнение передаточных чисел:

;

;

.

Определение начального диаметра:

мм;

мм;

мм.

2.8 Расчет низшей передачи

Исходные данные для расчета низшей передачи:

, .

мм;

мм.

Делительный диаметр:

мм;

мм.

Диаметры и окружностей вершин и впадин зубьев колес внешнего зацепления:

мм;

мм;

мм;

мм;

Уточнение передаточных чисел:

;

.

Определение начального диаметра:

мм;

мм.

2.9 Расчет валов раздаточной коробки передач

Валы автомобильных раздаточных коробок передач изготовляют из сталей тех же марок, что и зубчатые колеса, и рассчитывают на прочность и жесткость.

Прочность валов раздаточной коробки передач проверяют при совместном действии изгиба и кручения. Определяют составляющие опорных реакций и соответствующие им изгибающие моменты в вертикальной М_в и горизонтальной М_г плоскостях. При расчете вал рассматривают как балку, лежащую на шарнирных опорах.

2.9.1 Расчет входного вала раздаточной коробки передач

Определение реакций опор.

Исходные данные:

мм, мм, мм.

, .

а) вертикальная плоскость

;

;

;

.

б) горизонтальная плоскость

;

;

;

.

Изгибающий момент М_у:

1),

;

;

.

2) ,

;

;

.

Изгибающий момент М_z:

1),

;

;

.

2) ,

;

;

.

2.9.2 Расчет входного вала раздаточной коробки передач на прочность

;

;

условие выполняется.

Рисунок 3. Расчетная схема сил, действующих на зубчатые колеса и подшипники передач.

2.9.3 Расчет промежуточного вала раздаточной коробки передач

Определение реакций опор.

Исходные данные:

мм, мм, мм; мм.

, ,

, ,

, .

а) вертикальная плоскость

;

;

;

.

б) горизонтальная плоскость

;

;

;

.

Изгибающий момент М_z:

1),

;

;

.

2) ,

;

;

.

3) ,

;

;

.

2.9.4 Расчет промежуточного вала раздаточной коробки передач на прочность

;

;

условие выполняется.

2.9.5 Расчет выходного вала раздаточной коробки передач

Определение реакций опор.

Исходные данные:

мм, мм, мм.

, .

а) вертикальная плоскость

;

;

;

.

б) горизонтальная плоскость

;

;

;

.

Изгибающий момент М_у:

1),

;

;

.

2) ,

;

;

.

Изгибающий момент М_z:

1),

;

;

.

2) ,

;

;

.

2.9.6 Расчет выходного вала раздаточной коробки передач на прочность

;

;

условие выполняется.

2.10 Расчет подшипников раздаточной коробки передач

При расчете подшипников используют те же характеристики нагрузочного режима, что и для зубчатых колес. В общем случае применяется два вида расчета подшипников качения: на долговечность и на статическое нагружения.

Исходные данные:

р=3,33

, где

действительная частота вращения подшипника, подсчитанная по средней скорости движения автомобиля;

передаточное число участка трансмиссии от рассчитываемого вала подшипника до ведущих колес.

; .

, где

эквивалентная частота вращения подшипника;

коэффициент пробега, равный отношению долговечности подшипника при действительном расчетного крутящего момента к его долговечности при действительном нагрузочном режиме, характеризуемом кривой распределения крутящего момента.

;

.

Номинальная долговечность подшипника в млн. оборотов:

, где

С - динамическая грузоподъемность (определяют по каталогу);

р - степенной показатель (для шарикоподшипников р=3, а для роликовых р=3,33);

Р - эквивалентная динамическая нагрузка на подшипник.

;

, где

долговечность подшипника с учетом общего пробега автомобиля S до капитального ремонта;

средняя скорость автомобиля, .

, .

, где

эквивалентное число циклов.

, где

действительное число циклов.

;

.

Найдем эквивалентную нагрузку Р_э:

.

Отсюда определим С:

, подберем подшипник особо легкой серии 7215Н.

3.9 Обоснование выбора смазочно-охлаждающих жидкостей

Для смазки передачи применена картерная система. Принцип назначения сорта масла следующий: чем выше окружная скорость колеса, тем меньше должна быть вязкость масло и чем выше контактные давления в зацеплении, тем большей вязкостью должно обладать масло. Поэтому требуемую вязкость масла определяют в зависимости от контактного напряжения и окружной скорости колес.

Для нашего случая при , , кинематическая вязкость масла равна сСт; исходя из этого назначаем масло ТАП-15В или ТСп-15К.

Допустимый уровень погружения зубчатых колес в масляную ванну определяется по формуле:

,

где делительный диаметр колеса, мм;

мм.

Заключение

В ходе курсового проектирования был изготовлен вал переднего моста РК телескопический, с установкой подшипников скольжения (втулочных). Также изготовлена новая муфта блокировки дифференциала, для переключения между режимами для легкового автомобиля повышенной проходимости ВАЗ2121, тем самым добавив новый режим к существующим. В итоге получили 3 режима,

1-без блокировки дифференциала (ведомые валы могут вращаться с разными скоростями)

2-дефференциал заблокирован (ведомые валы вращаются с одинаковой скоростью)

3-отключение вала переднего моста (крутящий момент передается только на задний вал)

Список используемой литературы

1. Бочаров К.Р. “Конструкция и расчет колесных машин повышенной проходимости”, М.: Машиностроение, 1983. - 299 с.

2. Вишняков Н.Н. “Автомобиль”, М.: Машиностроение, 1976. - 296 с.

3. Гришкевич А.И. “Проектирование трансмиссий автомобиля”, М.: Машиностроение, 1984. - 272 с.

4. Гришкевич А.И. “Конструкция, конструирование и расчёт. Трансмиссия”, М.: Высшая школа, 1986. - 208 с.

5. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. “Автомобиль, анализ конструкций, элементы расчета”, М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.

6. Лукин П.П. “Конструкция и расчёт автомобилей”, М.: Машиностроение, 1984. - 376 с.

7. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 720 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...