Проект по улучшению эксплуатационно-технических показателей легкового автомобиля малого класса ВАЗ-2110

Замедление - легковые - 29%

- грузовые - 25% - от общего времени движения

- автобусы - 24%

Из приведённых данных видно, что большую часть времени пассажиры и грузы испытывают на себе воздействие знакопеременных ускорений. Поэтому медицинскими исследованиями людей и прочностными испытаниями грузов были установлены границы допустимых ускорений (замедлений) при движении автомобилей на дорогах:

- При экстренном торможении

j_торм Ј 0.7*g = 6.9 м/c²,

- При разгоне

j_max--Ј 0.5*g = 4.9 м/c²,

- Оптимальное ускорение

j_опт = 0.3*g = 3.27 м/c².

Следовательно, при расчёте ускорений следует оценивать их значения для проектируемого автомобиля, чтобы в дальнейшем предусмотреть все меры безопасности при перевозках.

Расчёт ускорений автомобиля ведётся по уравнению

j_ni = , м/с²

где: j_ni - ускорение автомобиля, м/с²;

d_врn - коэффициент учета вращающихся масс, который может быть рассчитан по уравнению (общий случай):

?_врn = 1 + [J_e*?_тр*+J_k]*

где: J_e - момент инерции вращающихся масс двигателя, приведенный к маховику. Обычно, его принимают равным моменту инерции маховика;

J_k - суммарный момент инерции ведущих и ведомых колес по осям автомобиля.

J_e и J_k либо задаются руководителем, либо подбираются по техническим характеристикам заданного двигателя и выбранных (для проектируемого автомобиля) шин.

U_трni, ?_тр,g, G_a, r_k, n, i - то же, что и выше.

Если нет возможности определить значения J_e и J_k, то ?_врn (на каждой из n-передач) можно расчитать по уравнению:

?_вр = 1.05 + 0.03*U²_n,

где: U_n - передаточное отношение в коробке передач на n^-ой передаче.

Результаты расчета сводятся в Таблицу 4 и в Таблицу 5 по которым строятся в баланс по ускорениям.

Таблица 5

	1	2	3	4	5	6	7
n	1000	2000	3000	4000	5000	6000	7200
Передача I, передаточное отношение трансмиссии Uтр1 = 13.468
VaI	8	16	24	32	40	48	57.6
jI	2.898	3.115	3.188	3.09	2.86	2.478	1.844
Передача II, передаточное отношение трансмиссии Uтр2 = 7.215
VaII	15	30	45	60	75	90	108
jII	1.89	2.02	2.04	1.945	1.72	1.413	0.9
Передача III, передаточное отношение трансмиссии Uтр3 = 5.032
VaIII	21	43	64	86	107	129	154
jIII	1.363	1.425	1.397	1.252	1.01	0.672	0.15
Передача IV, передаточное отношение трансмиссии Uтр4 = 3.478
VaIV	31	62	93	124	155	186	223
jIV	0.918	0.9	0.774	0.53	0.167	-0.3
Передача V, передаточное отношение трансмиссии Uтр5 = 2.886
VaV	37	75	112	150	187	224	269
jV	0.73	0.67	0.457	0.11	-0.36

Расчет времени разгона автомобиля

Известно, что скорость разгона (особенно в городских условиях) определяет темп движения транспортных потоков на магистралях и улицах, т.к. от него зависит техническая скорость автомобиля, а следовательно и его производительность.

Это особенно характерно для улиц с большим количеством одноуровневых перекрестков, с установленных на них светофорами. В этих условиях транспортные средства, обладающие плохими разгонными характеристиками по времени разгона, сдерживают транспортный поток на своей полосе движения и создают препятствия для параллельных потоков (усложняют условия перестроения сзади следующих автомобилей своего ряда).

Учитывая сделанные выше замечания рассмотрим время разгона Dt_ni в диапазоне изменения скорости на участке от Vani до Vani+1.

Средняя скорость на этом участке будет:

V_aсрni = (V_ani+1 - V_ani); в км/ч, или

V_aсрni = (V_ani+1 - V_ani)/3.6; в м/с

Среднее ускорение на этом же участке разгона определится из выражения:

j_срni = 0.5*(j_ni + j_ni+1); м/с

где: n - номер передачи на которой производится расчет;

i,i+1 - соответственно номер расчетной точки и номер последующей расчетной точки.

Тогда, время разгона на участке от V_ani до V_ani+1 может быть представлено зависимостью:

?t_ni = = , с

Для современных механических коробок передач, время переключения с передачи на передачу (для всех передач) обычно принимают:

- автомобили с карбюраторными двигателями - t_п = 0.5 ... 2 с,

(Для нашего случая принимаем t_п = 0.5 с, т.к. двигатель инжекторный и передачи осуществляются в момент оптимального перехода с передачи на передачу.)

Потерю скорости, за время переключения с передачи на передачу, можно определить из решения уравнения движения автомобиля накатом:

V_нак = V_nп = = 33.64*f_nп*t_п ; км/ч

где: V_нак - скорость движения накатом в км/ч;

V_nп - потеря скорости при переключении передачи;

g - ускорение свободного падения в м/с;

3.6 - коэффициент перехода от м/с к км/ч;

f_nп - коэффициент сопротивления качению в точке начала переключения передачи (определяется по графикам ускорений и динамического баланса);

?_врнак - коэффициент врашающихся масс автомобиля при движении накатом, т.е. когда трансмиссия и двигатель разъединены. В этом случае уравнения п.1.4.2. примет вид:

?_врn = 1.05 + 0.03*U²_n = ?_врнак = 1.05

т.к. включение передачи ещё не произошло, а следовательно и передаточное отношение в коробке передач - Un = 0, t_п - время переключения передачи в с.

Разгон от начала движения (как правило оно ведется с низшей передачи) начинается со скорости Van-нач при ускорении - Jn-нач (здесь n=I, т.е. первая передача) и будет продолжаться до точки пересечения кривых ускорений (на n-ой передаче) и кривой ускорения на передаче n+1, т.е. на последующей. В этой точке ускорения и скорости будут равны, т.е.

V_{aI-кон(i*)} = V_an+1(i*) и j _I-кон(i*) = j _n+1(i*).

Здесь: j _I-кон(i*), V_{aI-кон(i*)} - соответственно конечные ускорения и скорости на передаче n=1 (или том номере передачи с которой на чинается разгон) в точке пересечения (i*) с кривой ускоренния на передаче n+1, т.е. на последующей.

j _n+1(i*), V_an+1(i*) - те же, что и выше, но для кривой ускорения при номере

передачи n+1, т.е. для последующей.

Продлжение разгона на каждой последующей передаче будет осущесвляться со скорости V_an+1-нач, которая определится из выражения:

V_an+1-нач = V_an+1(i*) - V_nп

По графическому решению баланса ускорений, зависимость j = f(V_a), определяются численные значения V_an+1-нач и J_n+1-нач от которых начинается расчет времени разгона, по формуле (34), для передачи n+1.

Аналогичным образом, начало расчета времени разгона принимается и для всех последующих передач.

Итоговое время разгона на i-ой передаче:

t_i = SDt_ni--+--St_п--

Суммарное время разгона:

t_разг = t_i + t_i+1 + . . .

Расчет пути разгона автомобиля

Путь разгона:

DS_ni = V_aсрni* Dt_ni =

где:--Dt_ni, V_ani, V_ani+1 - принимаются теми же, что и при расчете времени разгона.

Путь разгона, пройденный автомобилем за время переключения передач:

S_п = [(V_an-нач /3.6)-(4.7*f_nп*t_п)] t_п, м

Данные расчётов заносят в Таблицу VI, пример которой приведён ниже и далее строятся графики зависимостей t(V_a), S(V_a).

Таблица 6

V	56	102	150	169
t	5.46	14.31	35.01	79.51
S	48.53	258.76	1016	3040

Расчет расхода топлива автомобиля

Часовой расход топлива

Измерителем топливной экономичности двигателя, установленного на заданном автомобиле, принято считать расход топлива (в кг) на час его работы.

Уравнение, определяющее этот расход, имеет вид:

G_т=g_ei*N_ei/1000, кг/час

Определение путевого расхода топлива

Путевой расход топлива считаем по формуле:

g_т= G_тi/V_i кг/кВт*ч

данные расчётов заносим в таблицу 7

Таблица 7

Обороты, n	1000	2000	3000	4000	5000	6000	7200
1 передача
gт1	0.573	0.56	0.55	0.526	0.495	0.45	0.37
2 передача
gт2	0.3	0.3	0.29	0.28	0.26	0.24	0.2
3 передача
gт3	0.22	0.213	0.206	0.196	0.185	0.17	0.14
4 передача
gт4	0.15	0.147	0.142	0.135	0.128	0.116	0.096
5 передача
gт5	0.124	0.121	0.118	0.112	0.106	0.096	0.08

2.2 Разработка конструкций коробки передач

Коробка передач предназначена для изменения крутящего момента, развиваемого двигателем с целью получения различных тяговых усилий на ведущих колесах при трогании автомобиля с места, разгоне, движении и преодолении дорожных препятствий; изменения скорости и направления движения автомобиля; возможности движения автомобиля с малыми скоростями, которые не могут быть обеспечены двигателем, и отсоединения на длительное время двигателя от трансмиссии на стоянке или при движении автомобиля по инерции (накатом).

По принципу действия коробки передач подразделяются на ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные.

Ступенчатые коробки делят по числу передач переднего хода: четырехступенчатые, пятиступенчатые и т.д.; по подвижности осей валов: с неподвижными осями - простые и с подвижными осями - планетарные; по числу валов: двух-, трех- многовальные; по числу редукторов: простые - с одним редуктором, составные - с двумя или тремя редукторами; по способу управления: неавтоматизированные, полуавтоматизированные (с командным управлением) и автоматизированные.

Бесступенчатые коробки передач по способу преобразования крутящего момента классифицируют на гидравлические: гидродинамические и гидрообъемные; механические: клиноременные, фрикционные и импульсные; электрические.

Комбинированные коробки передач бывают электромеханическими и гидромеханическими.

Гидромеханические коробки передач состоят из гидромеханической бесступенчатой передачи (гидротрансформатора) и последовательно присоединенной к ней ступенчатой механической коробки.

В настоящее время наибольшее распространение имеют механические ступенчатые коробки передач с неподвижными осями валов и ручным управлением, так как они достаточно просты, недороги в изготовлении и имеют высокий КПД.

Двухвальные пятиступенчатые коробки передач применяют для переднеприводных легковых автомобилей ВАЗ-2109 ... ВАЗ-2115, АЗЛК-2141 «Москвич», ЗАЗ-1102 «Таврия» и многих зарубежных автомобилей. Высшая передача обычно повышающая. Передачи, как правило, синхронизированы.

Трехвальные пятиступенчатые коробки передач используют для легковых автомобилей, выполненных по классической схеме (ГАЗ-3110 «Волга», ИЖ-2126), грузовых автомобилей малой (ГАЗ-3302, ГАЗ-33021, ГАЗ-33023), средней грузоподъемности (ГАЗ-4301, ЗиЛ-4333, ЗИЛ-4318, ЗиЛ-5301 «Бычок», Урал-4320, Ка-мАЗ-4310) и автобусов (ПАЗ-3209 «Аврора», МАЗ-101 ... МАЗ-104, ЛАЗ-4203, ГАЗ-3221, 32212, 32213).

Многовальные коробки передач используются на автомобилях большой грузоподъемности (МАЗ и КамАЗ) для увеличения числа передач с целью улучшения тяговых и топливно-экономических свойств. В основе конструкций многовальных коробок передач лежит 4-х, 5-ти или 6-ти ступенчатая трехвальная коробка передач, в общем картере с которой размещены повышающий редуктор (делитель) и (или) понижающий редуктор (демультипликатор). При применении многовальных коробок число передач может быть от 8 до 24. Такие коробки используют для автомобилей-тягачей, работающих с прицепным составом.

В большинстве конструкций ступенчатых коробок переключение передач выполняет водитель. Однако имеются конструкции ступенчатых коробок передач, где процесс переключения автоматизирован на базе применения микропроцессорной техники.

На проектируемом автомобиле установлена пятиступенчатая двухвальная коробка передач, объединенная с дифференциалом и главной передачей, все передачи переднего хода синхронизированы.

Первичный вал выполнен в виде блока ведущих шестерен, которые находятся в постоянном зацеплении с ведомыми шестернями всех передач переднего хода. Вторичный вал - полый, со съемной ведущей шестерней главной передачи. На вторичном валу расположены ведомые шестерни и синхронизаторы. Передние подшипники валов - роликовые, задние - шариковые. Под передним подшипником вторичного вала расположен маслосборник, направляющий поток масла внутрь вторичного вала и далее под ведомые шестерни.

Привод управления КПП состоит из рычага переключения передач, шаровой опоры, тяги, штока выбора передач и механизмов выбора и переключения передач.

Чтобы исключить самопроизвольное выключение передач в привод управления КПП введена реактивная тяга, один конец которой связан с силовым агрегатом, а к другому концу прикреплена обойма шаровой опоры.

В корпусе механизма выбора передач крепятся две оси. На одной установлен трехплечий рычаг выбора передач и две блокировочные скобы. Другая ось проходит через отверстия блокировочных скоб, фиксируя их от проворачивания. В коробку передач заливается масло, уровень которого должен находиться между контрольными метками указателя уровня масла.

2.2.1 Выбор параметров зубчатых колес

Основные размеры и масса коробки передач определяются главным образом размерами зубчатых колес.

Предварительно параметры зубчатых колес определяем на основе метода аналогии и использования статистических данных, отражающих длительную практику автомобилестроения. Затем они уточняются по результатам проверочных расчетов.

Главным размерным параметром является межосевое расстояние а_w,

а_w = k_а

где k_а - коэффициент, для проектируемого автомобиля принимается 8,9;

М_кп - крутящий момент на "выходе" из коробки;

М_кп= M_emax* U_кп1

М_кп=179,06*3,64=651,78 Н*м

а_w= =77,15 мм

Принимаем стандартное межосевое расстояние а_w=80 мм

Продольный осевой размер коробки передач

l_кп =(2,7…3,4) а_w

l_кп = 3*80 = 240 мм

Ширина зубчатых венцов

При предварительном расчете принимается:

b_i=(0,19…0,23) а_w

b_i= 0,20*80 = 16 мм

Ширина обоймы подшипника

b_п=(0,20…0,25) а_w

b_п= 0,25*80 = 20 мм

Осевой размер синхронизатора

С_с=(0,40…0,55) а_w

С_с= 0,40*80 = 32 мм

Определение чисел зубьев зубчатых колес

Исходный контур и размерный ряд применяемых модулей зубчатых колес определяем, выбираем в соответствии с требованиями ОСТ 37.001.222-80 и ОСТ 37.001.223-80.

Суммарное число зубьев кинематической пары с косыми зубьями:

Z _У= 2* а_w*cos в / m_n

где в - угол наклона зубьев, предварительно 20⁰

m_n - нормальный модуль, 3 мм

Z _У= 2*80*0,951/3 = 50,72

Принимаем суммарное число зубьев Z _У= 51

Числа зубьев каждого из зубчатых колес определяются исходя из передаточных чисел передач, полученных в тяговом расчете, и суммарного числа зубьев кинематической пары.

U_I - передаточное отношение в коробке передач на 1^-ой передаче, 3,64;

U_II - передаточное отношение в коробке передач на 2^-ой передаче, 1,95;

U_III - передаточное отношение в коробке передач на 3^-ей передаче, 1,36;

U_IV - передаточное отношение в коробке передач на 4^-ой передаче, 0,941;

U_V - передаточное отношение в коробке передач на 5^-ой передаче, 0,784;

Z_1.1 = 11 - количество зубьев ведущей шестерни 1^-ой передачи;

Z_1.2 = 40 - количество зубьев ведомой шестерни 1^-ой передачи;

Z_2.1 = 18 - количество зубьев ведущей шестерни 2^-ой передачи;

Z_2.2 = 32 - количество зубьев ведомой шестерни 2^-ой передачи;

Z_3.1 = 22 - количество зубьев ведущей шестерни 3^-ей передачи;

Z_3.2 = 29 - количество зубьев ведомой шестерни 3^-ей передачи;

Z_4.1 = 26 - количество зубьев ведущей шестерни 4^-ой передачи;

Z_4.2 = 25 - количество зубьев ведомой шестерни 4^-ой передачи;

Z_5.1 = 29 - количество зубьев ведущей шестерни 5^-ой передачи;

Z_5.2 = 22 - количество зубьев ведомой шестерни 5^-ой передачи.

Делительный диаметр шестерен

d_i = m_n* Z _i / cos в

где Z _i - количество зубьев шестерни

d_1.1 = 3*11/0,951= 37,40 мм d_1.2 =3*40/0,951 = 126,18 мм

d_2.1 = 3*18/0,951= 56,78 мм d_2.2 =3*32/0,951 = 100,95 мм

d_3.1 = 3*22/0,951= 69,40 мм d_3.2 =3*29/0,951 = 91,48 мм

d_4.1 = 3*26/0,951= 82,02 мм d_4.2 =3*25/0,951 = 78,86 мм

d_5.1 = 3*29/0,951= 91,48 мм d_5.2 =3*22/0,951 = 69,40 мм

2.2.2 Расчет зубчатых колес

Определение сил, действующих в зубчатых зацеплениях. Эти силы можно разложить на три составляющие:

- окружную силу

- осевую силу

- радиальную силу

где:

Z - количество зубьев зубчатого колеса;

M_р - крутящий момент приложенный к первичному валу 179,06 Н*м;

в - угол наклона линии зуба 20⁰.

m_t - окружной (торцовый) модуль для косозубых колес:

m_t = m_n/ cos в

m_t = 3/0,951 = 3,15 мм

Определяем окружную, радиальную, осевую силы для первой передачи:

Расчет зубьев на выносливость

Расчет зубьев производят на выносливость (усталость) при длительном воздействии циклических нагрузок и на прочность при однократном воздействии максимальной нагрузки.

Контактные усталостные напряжения:

у_н^у =

где Z_Е - коэффициент, учитывающий механические свойства сопряженных колес, для стали 190^0,5 МПа;

Z_Н - коэффициент, учитывающий форму сопряженных

поверхностей, 2;

Z_е - коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий, 0,8;

К_Нб - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями, для косозубых передач 1,05;

К_Нв - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий, 1,1;

К_НV - коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении, 1,06.

у_н^у₁ =

Усталостные напряжения изгиба:

у_F =

где У_FS - коэффициент, учитывающий форму зуба и концентрацию напряжений, 3,9;

У_е - коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев 3,6.

у_F1^У =

Сравнивая полученные значения у_F и у_н^у с допускаемыми, делаем вывод, что условия усталостной прочности выполняется. Допускаемые напряжения изгиба по опыту выполненных конструкций у_F = 700-800 МПа, у_н^у = 1000-1200 МПа. При этом, большие значения соответствуют зубчатым парам низших передач.

2.2.3 Расчет валов

Предварительное определение размеров вала

Диаметр первичного вала:

d_в = 0,45* а_w

d_в = 0,45* 80 = 36 мм

Соотношение d_в/l_в предварительно принимается:

d_в/l_в = 0,20

Отсюда длина первичного вала:

36/ l_в = 0,20 > l_в = 180 мм

Расчет валов на прочность

Валы коробки передач изготавливаем из стали той же марки, что и зубчатые колеса сталь 35х ГОСТ 4543-Т1, и рассчитываем на прочность. Прочность валов коробки передач проверяем при совместимом действии изгиба и кручения. Определяем соответствующие опорных реакций и соответствующим им изгибающие моменты в вертикальной и горизонтальной плоскости.

Рисунок 1.10 Расчетная схема вала для первой передачи

Определяем нагрузки на опоры вала в горизонтальной плоскости:

где:

для первой передачи: l = 180 мм, l₁ = 18 мм, l₂ = 162 мм.

Определяем нагрузки на опоры вала в вертикальной плоскости:

В результате:

Суммарный изгибающий момент:

Напряжение от изгиба:

у_F1 =

где W_и - момент сопротивления вала при изгибе:

где d_в - диаметр сечения вала 36мм;

у_F1 =

Результирующий момент:

Упрощенно оцениваем прочность вала по результирующим напряжениям от изгиба и кручения:

у_РЕЗ =

у_РЕЗ =

В выполненных конструкциях на низших передачах у_РЕЗ ? 400 МПа.

Напряжение кручения:

ф =

где W_к - момент сопротивления кручению:

ф =

Крутильная жесткость вала:

и=

где и - угол закручивания вала на длине одного погонного метра при воздействии момента М_р;

l_в - длина вала 180 мм;

J_р - момент инерции сечения:

и=

Расчет шлицев вала на смятие

Напряжение смятия:

у_н ^к = у_см =

где Z_ш - число шлицев, 10;

l_ш - длина рабочей части шлицев, мм 50;

D_н - наружный диаметр шлицев, мм 48;

D_вн - внутренний диаметр шлицев, мм 44.

у_н ^к = у_см =

Допускаемое напряжение смятия для подвижных шлицевых соединений:

у_{см р} = 70 - 100 МПа.

2.2.4 Расчет подшипников первичного вала

В качестве подшипника левой опоры первичного вала предварительно принимаем радиальный однорядный шарикоподшипник со стопорной канавкой на наружном колесе типа 50305А1Е для этого подшипника: С = 22500 Н; С_о = 11400 Н; n = 14000 об/мин.

Подшипником правой опоры является радиальный роликоподшипник с короткими цилиндрическими роликами легкой серии типа 42205АМ для этого подшипника:

С = 28600 Н; С_о = 15200 Н; n = 15000 об/мин.

Для того, чтобы найти долговечность в часах, находим среднюю скорость автомобиля:

V_{a cp} = 0,6*V_{a max}

где V_{a max} - максимальная скорость движения автомобиля, км/ч 169.

V_{a cp} = 0,6*169 = 101.4 км/ч

Долговечность в часах:

где S - пробег до капитального ремонта, км 150000.

Частота вращения вала коробки передач на каждой передаче:

где n_en - номинальная частота вращения вала двигателя, об/мин 6000;

u_i - передаточное число на передаче;

Число циклов нагружения валов на каждой передаче за весь период работы:

где L_hi - долговечность в часах, 1428,57;

n_i - частота вращения вала на каждой передаче, об/мин.

Долговечность за весь период работы на всех передачах:

Эквивалентная динамическая нагрузка:

где k_V - коэффициент, учитывающий скорость вращения, 1,0;

k_Б - коэффициент безопасности, 1,4;

k_Т - коэффициент температурный, 1,2.

Эквивалентная динамическая нагрузка с учетом доли работы коробки передач для каждого подшипника:

где k_т - коэффициент использования момента, 0,6;

т - коэффициент, для шарикоподшипников: 3;

для роликоподшипников: 3,33.

Динамическая грузоподъемность:

Для роликового подшипника первичного вала:

Для шарикового подшипника первичного вала:

2.3 Разработка структуры системы управления автомобилем

Рассмотрим схему системы управления двигателем

Схема системы управления двигателем. 1 - реле зажигания; 2 - выключатель зажигания; 3 - аккумуляторная батарея; 4 - нейтрализатор; 5 - датчик концентрации кислорода; 6 - адсорбер с электромагнитным клапаном; 7 - воздушный фильтр; 8 - датчик массового расхода воздуха; 9 - регулятор холостого хода; 10 - датчик положения дроссельной заслонки; 11 - дроссельный узел; 12 - колодка диагностики; 13 - тахометр; 14 - спидометр; 15 - контрольная лампа "CHECK ENGINE"; 16 - блок управления иммобилайзером; 17- модуль зажигания; 18 - форсунка; 19 - регулятор давления топлива; 20 - датчик фаз; 21 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 22 - свеча зажигания; 23 - датчик положения коленчатого вала; 24 - датчик детонации; 25 - топливный фильтр; 26 - контроллер; 27 - реле включения вентилятора; 28 - электровентилятор системы охлаждения; 29 - реле включения электробензонасоса; 30 - топливный бак; 31 - электробензонасос с датчиком указателя уровня топлива; 32 - сепаратор паров бензина; 33 - гравитационный клапан; 34 - предохранительный клапан; 35 - датчик скорости; 36 - двухходовой клапан.

На двигателе применена система распределенного впрыска топлива (на каждый цилиндр - отдельная форсунка). Форсунки включаются попарно (для 1-4 и 2-3 цилиндров) при подходе поршней к верхней мертвой точке (ВМТ). На двигателе установлена система распределенного фазированного впрыска: топливо подается форсунками поочередно в соответствии с порядком работы цилиндров, что снижает токсичность отработавших газов. В этом случае на головке блока цилиндров устанавливается датчик фаз, а на шкиве распределительного вала -диск с прорезью в ободе.

Двигателей комплектуется системой впрыска с обратной связью (кислородным датчиком) и нейтрализатором в системе выпуска отработавших газов. Эта система не требует регулировки и обслуживания (при превышении норм токсичности отработавших газов вышедшие из строя компоненты заменяют). Датчик кислорода (лямбда-зонд). Установлен в приемной трубе системы выпуска отработавших газов. Кислород, содержащийся в отработавших газах, создает разность потенциалов на выходе датчика, изменяющуюся приблизительно от 0, 1 В (много кислорода - бедная смесь) до 0, 9 В (мало кислорода - богатая смесь). По сигналу от датчика кислорода контроллер корректирует подачу топлива форсунками так, чтобы состав отработавших газов был оптимальным для эффективной работы нейтрализатора (напряжение кислородного датчика - около 0, 5 В). Для нормальный работы датчик кислорода должен иметь температуру не ниже 360°С, поэтому для быстрого прогрева после запуска двигателя в него встроен нагревательный элемент. Контроллер постоянно выдает в цепь датчика кислорода стабилизированное опорное напряжение 0, 45±0, 10 В. Пока датчик не прогрет, опорное напряжение остается неизменным. При этом контроллер управляет системой впрыска, не учитывая напряжение на датчике. Как только датчик прогреется, он начинает изменять опорное напряжение. Тогда контроллер отключает нагрев датчика и начинает учитывать сигнал датчика кислорода.

СО-потенциометр. Установлен в салоне на левом щитке облицовки тоннеля пола и представляет собой резистивный делитель напряжения, с включенными последовательно резистором и потенциометром между входным контактом контроллера и заземлением. СОП устанавливается в моторном отсеке на стенке воздухопритока (см. Фото-1) и служит для регулировки содержания окиси углерода (СО) в выхлопных газах. Чем выше напряжение на сигнальном контакте СОП, тем ниже уровень СО в выхлопных газах. Контроллер фиксирует ошибку СПО, если управляющее напряжениевыходит за пределы заданного значения (1-5В.) и сохраняет в ОЗУ соответственно "27" или "28" код ошибки СО-потенциометра, который может быть считан в режиме диагностики. При наличии данных ошибок зажигается лампа "CHECK ENGINE" и чаще всего указывает на обрыв цепи СОП. В этом случае контроллер не учитывает сигнал СОП и переходит в режим управления двигателем по усредненным значениям. Симптомами неисправности данной цепи могут служить повышение расхода топлива, снижение динамики автомобиля и неустойчивая работа двигателя на холостом ходу.

Датчик скорости автомобиля. Установлен на коробке передач, на приводе спидометра. Принцип его действия основан на эффекте Холла. Датчик выдает на контроллер прямоугольные импульсы напряжения (нижний уровень - не более 1 В, верхний - не менее 5 В) с частотой, пропорциональной скорости вращения ведущих колес. 6 импульсов датчика соответствуют 1 м пути автомобиля. Контроллер определяет скорость автомобиля по частоте импульсов.

Система зажигания. Состоит из модуля зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания. При эксплуатации она не требует обслуживания и регулирования. Угол опережения зажигания рассчитывается контроллером в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки на двигатель (массовый расход воздуха и положение дроссельной заслонки), температуры охлаждающей жидкости и наличия детонации. Модуль зажигания. Включает в себя два управляющих электронных блока и два высоковольтных трансформатора (катушки зажигания). К выводам высоковольтных обмоток подключены свечные провода: к одной обмотке - 1-го и 4-го цилиндров, к другой - 2-го и 3-го. Таким образом, искра одновременно проскакивает в двух цилиндрах (1-4 или 2-3) - в одном во время такта сжатия (рабочая искра), в другом - во время выпуска (холостая). Модуль зажигания - неразборный, при выходе из строя его заменяют. Свечи зажигания. А17ДВРМ или их аналоги, с помехоподавительным резистором сопротивлением 4-10 кОм и медном сердечником. Зазор между электродами- 1, 00 - 1, 13 мм, Размер шестигранника - 21 мм. На двигателе устанавливаются свечи с шестигранником 16 мм, они имеют обозначение АУ17ДВРМ.

Предохранители и реле системы впрыска. Три предохранителя (на 15 А каждый) и три реле системы впрыска (главное, электробензонасоса и электровентилятора системы охлаждения) находятся под консолью панели приборов рядом с контроллером. Один предохранитель защищает цепь питания системы впрыска (вход неотключаемого напряжения), второй - контакты главного реле, третий - контакты реле электробензонасоса. Кроме предохранителей предусмотрена плавкая вставка на конце красного провода, присоединяемого к клемме "+" аккумуляторной батареи, выполненная в виде отрезка черного провода сечением 1 мм2 (сечение основного провода - 6 мм2). Силовые контакты главного реле замыкаются при включении зажигания. После этого "плюс" подается к обмоткам реле электробензонасоса и электровентилятора системы охлаждения (включение реле - по команде контроллера), клапану продувки адсорбера и форсункам (их включение - также по команде контроллера), датчикам системы впрыска. Питание к контактам реле электровентилятора подается через предохранитель в монтажном блоке.

Работа системы впрыска. Состав смеси регулируется длительностью управляющего импульса, подаваемого на форсунки (чем длиннее импульс, тем больше подача топлива). Топливо может подаваться "синхронно" (в зависимости от положения коленчатого вала) и "асинхронно" (независимо от положения коленчатого вала). Последний режим используется при пуске двигателя. Если при прокручивании двигателя стартером дроссельная заслонка открыта более чем на 75%, контроллер воспринимает ситуацию как режим продувки цилиндров (так поступают, если есть подозрение, что свечи залиты бензином) и не выдает импульсы на форсунки, перекрывая подачу топлива. Если в ходе продувки двигатель начнет работать и его обороты достигнут 400 мин-1, контроллер включит подачу топлива. При торможении двигателем контроллер обедняет смесь для снижения токсичности отработавших газов, а на некоторых режимах и вовсе отключает подачу топлива. Подача топлива отключается и при выключении зажигания, что предотвращает самовоспламенение смеси в цилиндрах двигателя (дизелинг). При падении напряжения питания контроллер увеличивает время накопления энергии в катушках зажигания (для надежного поджигания горючей смеси) и длительность импульса впрыска (для компенсации увеличения времени открытия форсунки). При увеличении напряжения питания время накопления энергии в катушках зажигания и длительность подаваемого на форсунки импульса уменьшаются. Контроллер управляет включением электровентилятора системы охлаждения (через реле) в зависимости от температуры двигателя, частоты вращения коленчатого вала и работы кондиционера (если он установлен).

Электровентилятор включается, если температура охлаждающей жидкости превысит 104°С или включен кондиционер. Электровентилятор выключается при падении температуры охлаждающей жидкости ниже 101°С, выключении кондиционера, остановке двигателя (с задержкой в несколько секунд). Лампа "CHECK ENGINE". В комбинации приборов информирует водителя о неисправностях в системе управления двигателем. Она также выдает коды неисправностей при включении зажигания, если замкнуты соответствующие контакты диагностического разъема, расположенного слева под панелью приборов. На выпускаемых в настоящее время контроллерах "Январь" и Bosch (применяемых для данного двигателя) самодиагностика не предусмотрена, а разъем служит для подключения диагностического прибора типа DST-2. Если система исправна, то при включении зажигания лампа "CHECK ENGINE" загорается, но гаснет сразу после пуска двигателя. Если лампа горит при работающем двигателе, в системе управления двигателем имеются неисправности, условные коды которых контроллер записывает в память (ОЗУ). Даже если лампа затем погасла, эти коды остаются в памяти и могут быть считаны с помощью диагностического прибора или в режиме самодиагностики (если он предусмотрен). Однако отказ некоторых компонентов системы впрыска (бензонасос и его цепи, модуль зажигания, свечи) не определяется контроллером и, соответственно, лампа "CHECK ENGINE" при этом не загорается.

Так же возможен вариант двигателя без кислородного датчика и нейтрализатора. В этом случае токсичность отработавших газов регулируют СО-потенциометром с применением газоанализатора.

Контроллер системы впрыска. Представляет собой миникомпьютер специального назначения. Он содержит три вида памяти - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) и электрически программируемое запоминающее устройство (ЭПЗУ). ОЗУ используется компьютером для хранения текущей информации о работе двигателя и ее обработки. Также в ОЗУ записываются коды возникающих неисправностей. Эта память энергозависима, т.е. при отключении питания ее содержимое стирается. ППЗУ содержит собственно программу (алгоритм) работы компьютера и калибровочные данные (настройки). Таким образом, ППЗУ определяет важнейшие параметры работы двигателя: характер изменения момента и мощности, расход топлива и т.п. ППЗУ энергонезависимо, т.е. его содержимое не изменяется при отключении питания. ППЗУ устанавливается в разъем на плате контроллера и может быть заменено (при выходе из строя контроллера исправное ППЗУ можно переставить на новый контроллер). В ЭПЗУ записываются коды иммобилайзера при "обучении" ключей (см. сервисную книжку автомобиля). Эта память также энергонезависима. Датчики системы впрыска. Выдают контроллеру информацию о параметрах работы двигателя (кроме датчика скорости автомобиля), на основании которых он рассчитывает момент, длительность и порядок открытия форсунок, момент и порядок искрообразования. При выходе из строя отдельных датчиков контроллер переходит на обходные алгоритмы работы; при этом могут ухудшиться некоторые параметры двигателя (мощность, приемистость, экономичность), но движение с такими неисправностями возможно. Единственным исключением является датчик положения коленчатого вала, при его неисправности двигатель работать не может.

Датчик положения коленчатого вала. Установлен на крышке масляного насоса. Он выдает контроллеру информацию об угловом положении коленчатого вала и моменте прохождения поршнями 1-го и 4-го цилиндров ВМТ. Датчик - индуктивного типа, реагирует на прохождение зубьев задающего диска на шкиве привода генератора вблизи своего сердечника. Зубья расположены на диске с интервалом 6°. Для синхронизации с ВМТ два зуба из 60 срезаны, образуя впадину (рис 1.). При прохождении впадины мимо датчика в нем генерируется так называемый "опорный" импульс синхронизации. Установочный зазор между сердечником и зубьями должен находиться в пределах 1±0, 2 мм. Датчик фаз. Установлен на головке блока цилиндров. Принцип его действия основан на эффекте Холла. На шкиве впускного распределительного вала находится диск с прорезью в ободе. Обод проходит через паз в датчике. Когда прорезь диска попадает в паз датчика, он выдает на контроллер отрицательный импульс, соответствующий положению поршня 1-го цилиндра в ВМТ в конце такта сжатия. При выходе из строя датчика фаз контроллер переходит в режим распределенного (нефазированного) впрыска топлива. Датчик температуры охлаждающей жидкости. Ввернут в выпускной патрубок на головке блока цилиндров. Он представляет собой терморезистор. Контроллер подает на датчик стабилизированное напряжение +5 В через резистор и по падению напряжения рассчитывает состав смеси. Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ). Установлен на оси дроссельной заслонки и представляет собой потенциометр. На один конец его обмотки подается стабилизированное напряжение +5 В, а другой соединен с "массой". С третьего вывода потенциометра (ползунка) снимается сигнал для контроллера.

При выходе из строя ДПДЗ его функции берет на себя датчик массового расхода воздуха. При этом обороты холостого хода не опускаются ниже 1500 мин-1. Датчик массового расхода воздуха. Расположен между воздушным фильтром и впускным шлангом. Он состоит из двух датчиков (рабочего и контрольного) и нагревательного резистора. Проходящий воздух охлаждает один из датчиков, а электронный модуль преобразует разность температур датчиков в выходной сигнал для контроллера. В разных вариантах систем впрыска применяются датчики двух типов - с частотным или амплитудным выходным сигналом. В первом случае в зависимости от расхода воздуха меняется частота, во втором случае - напряжение. При выходе из строя датчика массового расхода воздуха его функции берет на себя ДПДЗ. Датчик детонации. Одноконтактный датчик детонации ввернут в верхнюю часть блока цилиндров, двухконтактный датчик крепится на шпильке. Действие датчика основано на пьезоэффекте: при сжатии пьезоэлектрической пластинки на ее концах возникает разность потенциалов. При детонации в датчике образуются импульсы напряжения, по которым контроллер регулирует опережение зажигания.

3. Технологический раздел

3.1 Разработка технологического процесса изготовления проектируемого узла

Цель технологического раздела заключается в разработке процесса сборки коробки передач, а так же выбора метода достижения требуемой точности при сборке коробки передач, в частности обеспечения зазора между делительными окружностями зубчатого колеса.

Производственная программа

Определение месячной программы выпуска Т:

где : N ? количество изделий выпускаемых за конкретный период времени (за год),

масштаб выпуска, шт.

Определение дневной программы выпуска Тдн:

Вывод: производство является крупно-серийным

Служебное назначение детали

Коробка передач предназначена для изменения крутящего момента, развиваемого двигателем с целью получения различных тяговых усилий на ведущих колесах

Технические требования на изделие

1. При сборке плоскость разъема покрыть герметиком 25ВС ТУ 6.01-2-370-74.

2. Уплотнительные прокладки и шпильки ставить на герметизаторах

3. Залить масло трансмиссионное ТАД-17И ГОСТ 23632-79 до уровня контрольного отверстия.

4. Гайки М16х1.5 поз.13 затянуть с моментом 30...35 Нм.

Разработка технологического процесса сборки и регулировки коробки передач

Долговечность и бесшумность работы коробки передач зависит от правильной и аккуратной сборки редуктора.

Сборку коробки передач проводите в следующей последовательности, учитывая некоторые особенности данной КПП.

1. Прежде чем крепить шарнир тяги и рычаг на штоке выбора передач, обезжирьте резьбовые отверстия в корпусе шарнира и в ступице рычага, а также винты крепления, нанесите на резьбу винтов специальный клей ТБ-1324 и затяните их.

Винты крепления рычага и шарнира имеют разную длину, покрытие и моменты затяжки. Винт крепления рычага фосфатирован (темного цвета) длиной 19.5 мм, момент его затяжки 3.4 кгс·м, а винт крепления шарнира - кадмирован (золотистого цвета), длиной 24 мм, момент его затяжки 1.95 кгc-м.

2. Перед установкой сальников первичного вала и штока выбора передач, а также вала вилки выключения сцепления смажьте тонким слоем смазки Литол-24 рабочую поверхность сальников и смазкой ШРУС-4 втулки вала вилки выключения сцепления.

3. По наружному диаметру сальник первичного вала, сальники приводов колес и корпус сальника штока выбора передач установите на жидкую прокладку КЛТ-75ТМ или ТВ-1215.

4. После установки штока выбора передач в картер сцепления, проверьте, чтобы фланец наконечника шарнира входил внутрь канавки чехла по всему периметру.

5. Заложите смазку ШРУС-4 в шаровую опору рычага переключения передач.

Крепежные детали затягивайте установленными моментами.

6. Собираем вторичный вал, при этом синхронизаторы устанавливайте на вал в собранном состоянии, оправкой А70152, предварительно нагрев их до температуры 100°С и заменив стопорные кольца муфт синхронизаторов новыми. При остывании нагретых деталей возможно заедание блокирующих колец на конусах шестерен. Для исключения этого, перед установкой нагретого синхронизатора на вал, между блокирующими кольцами и торцами шестерен устанавливайте специальную прокладку вильчатой формы, которую удаляйте после остывания деталей.

7. При сборке синхронизатора блокирующие кольца устанавливайте так, чтобы напротив гнезд ступицы под пружины фиксаторов расположились выступы А меньшей высоты, а не большей, иначе после сборки не будут переключаться передачи.

8. Для облегчения установки фиксатора, на его шарик нанесите немного пластичной смазки, вложите его в сухарь и, отжав пружину отверткой в сторону его гнезда, установите на место сухарь в сборе с шариком. При этом напротив шарика должно быть расположено гнездо (наибольшей глубины) в скользящей муфте.

9. Оправкой 67.7853.9565 напрессуйте на коробку дифференциала внутренние кольца подшипников, предварительно установив ведущую шестерню привода спидометра.

10. Установив картер сцепления на стенд для сборки коробки передач, оправкой 67.7853.9563 запрессуйте в гнездо сальника штока, а затем вставьте в отверстие картера шток выбора передач и закрепите на нем рычаг выбора передач, предварительно обезжирив резьбовое отверстие и винт и нанеся на резьбу винта клей ТБ-1324.

11. Оправкой 67.7853.9574 запрессуйте в гнезда картера сцепления наружные кольца роликовых подшипников первичного и вторичного валов в сборе с сепараторами, а на валы напрессуйте внутренние кольца этих подшипников. Наружные кольца подшипников дифференциала запрессовывайте оправкой 67.7853.9575.

12. Установите механизм выбора передач, убедившись, что рычаг штока выбора передач правильно занял свое положение относительно рычага механизма выбора передач.

13. Установка штоков и вилок переключения передач

14. Запрессуйте сальник в картер сцепления, выдержав размер (3.5±0.2) мм так, чтобы рабочая кромка сальника расположилась на полированном пояске вала.

15. Напрессуйте на первичный и вторичный валы шариковые подшипники, наверните гайки и затяните их динамометрическим ключом, после чего зачеканьте гайки. Длина зачеканки должна быть 3.5-4 мм и не должна переходить на резьбу вала. При заворачивании гаек на валах застопорите первичный вал приспособлением 41.7816.4070.

16. Установите дифференциал в картер. Чтобы полуосевые шестерни при сборке не сместились с посадочных мест, зафиксируйте одну из них со стороны картера сцепления технологической оправкой или заглушкой, применяемой при транспортировке коробки передач.

17. Установите одновременно первичный и вторичный валы в сборе с шестернями.

18. Установите ось с шестерней заднего хода, при этом следите, чтобы вилка заднего хода вошла в паз промежуточной шестерни.

19. Затем установите штоки переключения передач и закрепите вилки на штоках.

20. Установите в гнездо картера очищенный магнит.

21. Установите прокладку между картером сцепления и картером коробки передач.

22.Подберите регулировочное кольцо подшипников дифференциала, учитывая следующее: подбор толщины регулировочного кольца проводите при замене хотя бы одной из следующих деталей: коробки дифференциала, подшипника дифференциала и картеров сцепления или коробки передач.

Подшипники дифференциала должны монтироваться с предварительным натягом 0.25 мм (для контроля: 0.15...0.35 мм). Натяг обеспечивается подбором толщины регулировочного кольца, устанавливаемого в гнезде картера коробки передач под наружным кольцом подшипника дифференциала.

23. Установите в гнездо картера коробки передач подобранное регулировочное кольцо и оправкой 67.7853.9575 запрессуйте наружное кольцо роликового конического подшипника дифференциала.

24. Установите на место привод спидометра.

25. Установите на картер сцепления картер коробки передач и закрепите его гайками.

26. Установите в канавки подшипников первичного и вторичного валов установочные кольца.

27. Установите на место фиксаторы штоков и вилки заднего хода, закрепите крышку фиксаторов и заверните пробку фиксатора вилки заднего хода.

28.Определите толщину регулировочного кольца приспособлением 67.7824.9517 в следующей последовательности:

- запрессуйте наружное кольцо роликового конического подшипника вместе с установочным кольцом в картер коробки передач;

Установочное кольцо имеет постоянную толщину, равную 1.25 мм.

- запрессуйте наружное кольцо другого подшипника дифференциала в картер сцепления, при этом следите, чтобы не перепутать наружные кольца подшипников дифференциала;

- установите дифференциал в картер коробки передач и, закрыв его картером сцепления, затяните не менее трех гаек, равноудаленных друг от друга, крепящих картер коробки передач к картеру сцепления 2.5 кгс·м;

- проверните дифференциал для самоустановки подшипников на 2-3 оборота;

- установите опорную оправку на коробку дифференциала и закрепите при помощи универсальной державки индикатор с удлинителем, ножку индикатора установите на опорную оправку с предварительным натягом, равным 1 мм, и в этом положении зафиксируйте индикатор, а стрелку его установите на ноль;

- перемещайте снизу дифференциал и следите за показанием индикатора;

При измерении осевого перемещения дифференциала не поворачивайте его, чтобы не исказить результаты измерения.

По формуле

t = А + В + С

подсчитайте толщину регулировочного кольца подшипников дифференциала, где:

t - толщина регулировочного кольца;

А - величина осевого перемещения дифференциала;

В - величина предварительного натяга подшипников дифференциала;

С - толщина установочного кольца (величина постоянная).

Показание индикатора при перемещении дифференциала равно 1.00 мм. Величина предварительного натяга подшипников дифференциала равна 0.25 мм, толщина установочного кольца - 1.25 мм. t = 1.00 + 0.25 + 1.25 = 2.50 мм.

29. После определения толщины регулировочного кольца, разъедините картера сцепления и коробки передач, снимите дифференциал, выпрессуйте съемником 67.7801.9526 наружное кольцо подшипника из картера коробки передач и вместо установочного кольца установите подобранное регулировочное кольцо. Запрессуйте оправкой 67.7853.9575 наружное кольцо подшипника дифференциала и установите дифференциал в картер коробки передач и, закрыв его картером сцепления, затяните гайки крепления коробки передач к картеру сцепления.

30. Проверьте динамометром 02.7812.9501 момент сопротивления проворачиванию дифференциала. Для этого пропустите наконечник динамометра через отверстие коробки дифференциала (для вала привода колеса) до охвата им оси сателлитов. Проверните рукоятку динамометра на несколько оборотов по часовой стрелке и по шкале определите момент сопротивления проворачиванию. Он должен быть: для новых подшипников 15-35 кгс·см, для приработанных подшипников как минимум 3 кгс·см.

Схема подбора толщины регулировочного кольца подшипников дифференциала: 1 - индикатор; 2 - опорная оправка; 3 - подшипник дифференциала; 4 - установочное кольцо; 5 - оправка

Проверка технического состояния коробки

Очистка. Перед осмотром очистите детали коробки передач. Щеткой и скребком удалите все отложения и очистите отверстия и шлицы от возможного загрязнения, затем промойте и обдуйте струей сжатого воздуха. Особенно хорошо продуйте подшипники, направляя струю сжатого воздуха так, чтобы не возникло быстрого вращения колец.

Картер сцепления, картер коробки передач, крышка. На картерах коробки передач и сцепления не должно быть трещин, сколов, а на поверхности расточек для подшипников - износа или повреждений. На поверхностях разъема картеров сцепления и коробки передач не должно быть вмятин, рисок и других повреждений, которые могут привести к потере герметичности узла.

Сальники, уплотнительные прокладки. Проверьте сальники и убедитесь, что на рабочих кромках нет неровностей и большого износа. Износ рабочей кромки сальника по ширине допускается не более 1 мм. Вообще, при разборке коробки передач, все сальники и уплотнительные прокладки рекомендуется заменить на новые.

Валы. Проверьте состояние зубьев шестерен первичного и вторичного валов и убедитесь, что зубья не имеют сколов, забоин и сильного износа.

Проверьте состояние посадочных поясков валов, на которых расположены подшипники. На них не должно быть задиров и износа.

Шлицы и канавки валов также не должны иметь вмятин, задиров и износа, чтобы обеспечить безлюфтовую посадку ступиц муфт синхронизаторов. При наличии дефектов, затрудняющих сборку деталей без повреждений - замените вал новым.

Шестерни. На торцах зубьев венца синхронизатора не должно быть значительного смятия или сколов. Пятно контакта между зубьями шестерен в зацеплении должно распространяться на всю рабочую поверхность зубьев; указанная поверхность зубьев не должна иметь износа.

...