“Грузовой автомобиль 4-го класса” с разработкой сцепления

Министерство образования  и науки, молодежи и спорта 
Украины

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

 

Кафедра Автомобилей

 

 

 

Пояснительная записка по курсовой работе по теме: 
“Грузовой автомобиль 4-го класса” с разработкой сцепления.

 

 

 

 

Выполнил: студент гр.А-43

Храмчихин В.А.

Проверил: Красюк А.Н.

 

 

 

Харьков 2012 

Содержание

Введение….……………………………………………………………………….….3

1.Анализ ближайших аналогов  и обоснование выбора параметров  АТС  ……....4

1.1 Выбор ближайших аналогов …….……………………………………….….4

1.2 Выбор основных параметров автомобиля…………………………….…….6

2.Тяговый расчет и анализ  тягово-скоростных свойств АТС……………….……8

2.1 Определение мощности двигателя…………………………………….…….8

2.2 Построение внешней  скоростной характеристики двигателя…….……….9

2.3 Определение передаточных  чисел трансмиссии……………………….…10

2.4 Построение динамической характеристики ………………………….…...11

3. Определение нагрузочных  режимов трансмиссии ходовой  части……….….15

3.1 Определение нагрузочных режимов трансмиссии при расчёте на прочность………………………………………………………………………..15

3.2 Определение нагрузочных режимов трансмиссии при расчёте на долговечность…………………………………………………………………...17

3.3 Определение нагрузочных режимов ходовой части при расчёте на прочность………………………………………………………………….…….18

4.Расчет сцепления………………………………………………………………...23

4.1 Определения основных параметров сцепления……………………...…...23

4.2 Расчет деталей………………………………………………………………24

4.3 Расчет показателей износостойкости сцепления………………………....25

4.4 Расчет ведущих и ведомых деталей……………………………………….29

4.5 Определение параметров привода…………………………………………31

Вывод……………………………………………………………………………….33

Описание кинематической схемы………………………………………………..34

Список литературы………………………………………………………………..38

 

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проектирования является освоение приемов инженерного  конструкторского творчества, развитие умения применять знания на практике и, следовательно, более глубоко  усвоить курс «Конструирование и  расчет автомобиля».

В ходе выполнения курсовой работы необходимо на основе анализа  существующих отечественных и зарубежных аналогов разработать и обосновать компоновочную схему и основные параметры автомобиля и проектируемого узла.

В связи с тем, что узлы и детали автомобиля работают в условиях постоянно изменяющихся по величине и направлению динамических нагрузок, иногда значительно превосходящих  статические, а необходимость достижения малого собственного веса автомобиля требует малых запасов прочности, методы расчета и расчетные нормативы  автомобильных агрегатов существенно  отличаются от аналогичных методов  и нормативов общего машиностроения. Поэтому следует изучить специальную  техническую литературу, позволяющую  получить представление об особенностях расчета автомобильных конструкций.

 

1 Обоснование  основных параметров проектируемого  автомобиля

1.1 Выбор ближайших аналогов.

Данные по отечественным  и зарубежным аналогам принимаем  из справочника НИИАТ. Для выбора ближайших аналогов определим следующие  критерии, которым они должны отвечать

  1. Тип АТС – грузовой
  2. Класс – IV
  3. Масса груза – 7,2 т
  4. Надежность и ремонтопригодность в условиях нашей страны

Основные параметры ближайших  аналогов представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Автомобильные  аналоги

Параметры

Ближайшие аналоги

Модель АТС

ГАЗ-САЗ-3507

M-B LKN Atego

МАЗ 4788

Проектируемый автомобиль

1

2

3

4

5

1.вид автомобиля

Грузовой

Грузовой

Грузовой

Грузовой

2.компоновочная схема

4х2

4х2

4х2

4х2

3.максимальная масса перевозимого  груза mг, кг

8000

14000

10100

14000

4.Снаряженная масса, mс, кг

3600

5030

5450

5030

5.Полная масса, ma, кг

8000

13500

10100

  

6.Максимальная скорость, Vmax, км/ч

90

90

100

89

7.Время разгона с места,  до 60 км/ч, tp, с

13

12

13

13

8.Двигатель

Бензин

Дизель 

Дизель 

Дизель

9.Рабочий объем, Vл, л

4250

4249

4750

4249

10. Наличие ограничителя  частоты вращения

да

да

да

да

11.Максимальная мощность  двигателя, Nmax, кВт

87,5

125

95,7

169

 

Таблица 1.1 - продолжение

12.Частота вращения КВ  при максимальной мощности, nmax,об/ми

3200

2300

2400

2000

   

13.Максимальный крутящий  момент, Memax, Н·м 

274,7

660

449

893

14.Частота вращения КВ  при максимальном крутящем моменте, nм, об/мин

2250

1200

1300

1600

15.Сцепление

однодисковое

MF362

МТЗ, одн. Сух

MF 362

16.Коробка передач

ГАЗ м

G 60-6/9,2 m

ЗИЛ-695Д

G 60-6/9,2m

17. Дополнительная коробка

-

-

-

-

18. Главная передача

од., гипоид.

HL4

МАЗ, одн. Гипоид

HL4

19.Передаточные числа:

        

первая передача, Uk1

6,555

9,2

6,45

9,009

вторая передача, Uk2

3,933

5,23

3,56

5,1

третья передача, Uk3

2,376

3,14

1,98

3,02

четвертая передача, Uk4

1,442

2,03

1,275

1,66

пятая передача, Uk5

1

1,37

1

0,97

Шестая передача, Uĸ₆

-

1

-

-

главной передачи, U0

6,17

2,923

3,45

2,31

20.Масса, приходящаяся  на ведущие колеса, mВ, кг

6000

9300

6450

9300

21.Размер шин

8,25R20

285/70R19,5

235/75R17,5

285/70R19,5

22.Статический радиус  колеса с нагрузкой, rс, м

0,2913

0,487

0,3353

0,487

23.Габаритная высота, Н,  м

2,32

2,655

3,455

2,655

24.База, L, м

3,77

3560

4,2

3560

25.Колея передних колес,  В, м

1,63

1,975

1,982

1,975

26.Коэф. сопротивл. Воздуха,  К, Н·с²/м^4

0,42

0,4

0,39

0,4

27.КПД трансмиссии, η

0,81

0,85

0,83

0,87


 

    1. Выбор основных параметров автомобиля. 
      1.2.1 Выбор основных весовых и геометрических параметров автомобиля.

В результате анализа эксплуатационных и технических параметров ближайших  аналогов устанавливаем и объясняем  необходимые данные для тягового расчета параметров автомобиля и двигателя.

Из аналога Mercedes Benz LKN Atego мы берём наши данные для расчета

Полную массу АТС в  килограммах находим по следующей  формуле

где - снаряженная масса авто (с заправкой и снаряжением, но без водителя и пассажиров), принимаем для проектируемого АТС, по аналогу Mercedes Benz LKN Atego.

- масса груза,  кг.

   Тогда                            

По данным анализа ближайших  аналогов определяем 
1. Полная масса  
2. База автомобиля  
3. Габаритная высота  
4. Колея передних колес

Данный выбор связан с тем, что у данного аналога самые лучшие геометрические габариты для получения большой грузоподъемности и использования мощности двигателя. Площадь лобовой поверхности АТС определяем по формуле,

 

где коэффициент заполнения лобовой площади АТС для грузовиков.

1.2.2 Определяем мощность  двигателя и его внешнею скоростную  характеристику.

         Для проектирования АТС берем  дизельный двигатель, потому что  :

а) низкая стоимость, по сравнению  с другими двигателями 
б) хороший ресурс (моточасы) 
в) хорошие мощностные и экономические характеристики

Потребную мощность двигателя,  (кВт) для движения АТС с максимальной скоростью определяется по формуле:

 

где   
       V – максимальная скорость, км/ч; 
       - коэффициент суммарного дорожного сопротивления ; 
       - КПД трансмиссии ; 
      K – коэффициент сопротивления воздуха, .

 

 

2. Тяговый расчет и анализ тягово-скоростных свойств АТС

 

2.1 Определение мощности  двигателя.

 

Для построение внешней скоростной характеристики двигателя внутреннего  сгорания используют эмпирическую формулу, позволяющую по известным координатам  одной точки скоростной характеристики воспроизвести всю кривую мощности.

 

 
               где , кВт – текущее значение мощности двигателя, соответствующее частоте вращения вала n об/мин.

              - эмпирические коэффициенты характеризующие тип ДВС 
Для дизеля ,

 

Выбираем текущее значении n , диапазон частоты вращения коленчатого вала двигателя от до и разбиваем на произвольное число участков с интервалом

 

Определяем для принятых значений n, вычисляем соответствующие значения величины крутящего момента двигателя

 

Результаты расчетов заносим  в таблицу 2.1

 

Таблица 2.1 - Значения для  построения внешней скоростной характеристики двигателя 

Параметры

Значения

n, об/мин

400

800

1200

1600

2000

2300

 

0,173

0,347

0,521

0,695

0,869

1

 

0,030

0,120

0,272

0,483

0,756

1

 

0,005

0,042

0,142

0,336

0,6576

1

 

0,127

0,313

0,527

0,737

0,911

1

Ne,кВт

27,19

67,04

112,81

157,73

195,05

214

Me, Н*м

649,2

800,3

897,8

941,4

931,3

888,5


2.2 Построение ВСХД и , примерный вид которой показан на рисунок 2.1 (по данным из таблицы 2.1)

Рисунок 2.1- Внешняя скоростная характеристика дизеля.

2.3 Определение передаточных чисел трансмиссии

Рассчитываем передаточное число главной передачи по формуле :

 

где  – радиус качения колеса, м 
- передаточный числа КП на высшей передачи и дополнительного редуктора .

Найдем передаточное число  первой ступени КП из условия преодоления максимального суммарного дорожного сопротивления, , считая, что динамический радиус колеса  равен статическому .

 

Значение  берем из рисунка 2.1  ВСХД

Определяем передаточное число первой ступени передачи из условия обеспечения устойчивости , минимальной скорости АТС 

 

Из двух полученных значений передаточных чисел необходимо выбрать  большее. Поэтому для дальнейших расчетов принимаем 9,65.

Определяем передаточные числа промежуточных передач  по формуле:

 
где P – число передач 
y – порядковый номер передачи  

 

 

 

2.4 Построение динамической характеристики

Динамическая характеристика рассчитывается по теоретическим значениям  передаточных чисел. При расчете  динамической характеристики АТС для  каждой i-ой передачи и текущего значения частоты вращения коленчатого вала двигателя необходимо определить :

Скорость АТС – V км/ч 

Силу тяги на колесах - , Н 

Силу сопротивления воздуха - , Н 

Динамический фактор  - D 

Расчет для построения динамической характеристики для всех передач приведен в таблице 2.2

 

Таблица 2.2 - Данные для построения динамической характеристики

параметры

Числовые значения

n, об/мин

400

800

1200

1600

2000

2300

, Н*м

649,2069

800,3806

897,8036

941,476

931,3978

888,5652

I передача

 

, км/ч

1,605553

3,211106

4,816659

6,422212

8,027765

9,23193

, H

51829,71

63898,72

71676,53

75163,13

74358,53

70938,98

,H

0,43759

1,750358

3,938306

7,001433

10,93974

14,46781

,H

51829,27

63896,97

71672,59

75156,13

74347,59

70924,51

 

D

0,255232

0,31466

0,35295

0,370105

0,366123

0,349267

II передача

 

, км/ч

2,832466

5,664931

8,497397

11,32986

14,16233

16,28668

, H

29379,12

36220,31

40629,08

42605,42

42149,34

40211,01

,H

1,361905

5,447622

12,25715

21,79049

34,04764

45,028

,H

29377,76

36214,86

40616,82

42583,63

42115,3

40165,98

 

D

0,14467

0,178339

0,200017

0,209702

0,207396

0,197797

III передача

, км/ч

4,997931

9,995862

14,99379

19,99172

24,98966

28,7381

, H

16649,96

20527,05

23025,62

24145,67

23887,2

22788,69

,H

4,240316

16,96126

38,16284

67,84505

106,0079

140,1954

,H

16645,72

20510,09

22987,46

24077,82

23781,19

22648,49

 

D

0,081972

0,101002

0,113201

0,118571

0,11711

0,111532

IV передача

 

 

 

 

 

 

, км/ч

9,113874

18,22775

27,34162

36,4555

45,56937

52,40478

, H

9130,622

11256,77

12626,95

13241,17

13099,43

12497,02

,H

14,10015

56,4006

126,9014

225,6024

352,5038

466,1862

,H

9116,522

11200,37

12500,05

13015,57

12746,93

12030,84

D

0,044894

0,055156

0,061556

0,064095

0,062772

0,059246

V передача 

 

 

, км/ч

15,49359

30,98717

46,48076

61,97435

77,46793

89,08812

, H

5370,954

6621,629

7427,62

7788,926

7705,547

7351,189

,H

40,74944

162,9977

366,7449

651,991

1018,736

1347,278

,H

5330,205

6458,631

7060,875

7136,935

6686,811

6003,911

 

D

0,026249

0,031805

0,034771

0,035146

0,032929

0,029566

ψ

0,021

0,021

0,021

0,021

0,021

0,021


 

По результатам расчетов приведенных в таблице 2.3.1 строим график динамической характеристики на всех 5-ти передачах. 

Рисунок 2.1 – Динамическая характеристика АТС : I, II, III, IV, V - передачи. 

3 Определение нагрузочных режимов трансмиссии ходовой части

3.1 Определение нагрузочных режимов трансмиссии при расчёте на прочность

При движении автомобиля источниками  нагружения трансмиссии являются с  одной стороны двигатель, а с  другой - дорожные условия движения. Нагрузочные режимы выбираем при  отсутствии буксования, определяя сначала  момент по двигателю, а потом по сцеплению  колеса с дорогой и выбираем меньшей.

Выполним, первый расчётный режим по максимальному моменту двигателя       Момент на ведущем валу КПП определяется по формуле

 Н·м.

Момент на ведомом валу КПП  определяется по формуле

 Н•м.

где - коэффициент полезного действия КПП.

Момент на коробке дифференциала  заднего моста определяется по формуле

 Н•м.

где - коэффициент полезного действия главной пары.

Момент на полуоси определяется по формуле

 Н•м.

где - коэффициент блокировки дифференциала .

Второй расчётный режим  по максимальному сцеплению ведущих  колёс с дорогой.

Максимально возможную реакцию  на задних ведущих колесах при разгоне в ньютонах определим по формуле

.

где - максимальное ускорение автомобиля при разгоне, определяемое из тягового расчёта и равное м/с2.

 а=2,2 м; b=1,4 м; hg=0,9 м.

 Н.

Расчётный момент, реализуемый  по сцеплению колёс с дорогой,  определяется по формуле

.

где - коэффициент сцепления колёс с дорогой.

Тогда имеем следующие  результаты

 Н•м 

Из двух определенных моментов для дальнейших расчетов принимаем  меньший, т. е. Н•м.

3.2 Определение нагрузочных режимов трансмиссии при расчёте на долговечность.

 
 При расчёте нагрузочных режимов на долговечность принимаем не максимальные, а средние наиболее вероятные нагрузки, поэтому условимся, что существует до коробки передач: - средний момент двигателя и момент после - средний трансмиссионный момент.

Определим коэффициент динамичности автомобиля

где - максимальный крутящий момент двигателя, Н•м.

.

При таком значении средний расчётный момент двигателя и средний трансмиссионный момент определим по формуле:

 Н•м.

Эмпирический коэффициент - -, определяется из соотношения:

.

Тогда                      Н•м.

Среднее передаточное число  коробки передач

.

Определим момент на ведомом  валу коробки передач:

 Н•м.

Определим момент на коробке  дифференциала:

 Н•м.

Момент на полуосях определим  по формуле:

 Н•м.

 

      3.3 Определение нагрузочных режимов ходовой части при расчёте на прочность

 

      Основной  задачей является определение  вертикальной, касательной и боковой  реакции. Для определения максимальной  вертикальной реакции  принимаем, что касательная X и боковая Y реакции равны нулю.

.

где - коэффициент динамичности. Для автомобилей такого класса ;

  - нормальная нагрузка, действующая на ходовую часть при равномерном движении автомобиля по микро профилю.

      Определим  номинальную нагрузку, действующую  на переднюю ось автомобиля

 Н.

Определим номинальную нагрузку, действующую на заднюю ось автомобиля

 Н.

Тогда максимальная динамическая нагрузка на переднюю ось

 Н.

Максимальная  динамическая нагрузка на заднюю ось  равна

 Н.

    Определим максимальную  касательную реакцию, условно  считая, что боковая реакция равна  нулю. Она возникает в двух  случаях: при экстренном торможении  и при интенсивном трогании  с места.

Режим экстренного торможения.

Рисунок 2.1 - Схема для  определения максимальной касательной  реакции при

экстренном торможении автомобиля.

      Из уравнения  моментов относительно точек  B и A получим вертикальную реакцию на переднюю и заднюю ось в ньютонах

 

 Н.

 

 Н. 
Касательные реакции на передней и задней осях в ньютонах определим  по формулам
 Н.                      
Н.            

Режим интенсивного разгона

Рисунок 2.2 - Схема для определения  максимальной касательной реакции  при интенсивном трогании с места

Определим вертикальную реакцию на передней оси 

 Н.

Реакцию на задней оси определим  из уравнения равновесия

 Н.

Определим касательную  реакцию на задней оси в ньютонах

 

 Н.

Режим бокового заноса

Рисунок 2.3 - Схема для  определения боковой реакции  при боковом заносе

      Из уравнения  моментов относительно точек  С и D получим боковые реакции на левой и правой сторонах автомобиля:

     - коэффициент сцепления колеса с дорогой в боковом направлении .

 

 Н;

 

 Н.

      Определим  вертикальные реакции на колесах:

 Н;

 Н;

 Н;

 Н.

Определим боковые реакции на колёсах

 

 Н;

 Н;

 Н;

 Н.

3.4 Определение нагрузочных режимов ходовой части на долговечность

      Определим  срок службы автомобиля в часах,  исходя из того, что нормальная  нагрузка, действующая на ходовую  часть при равномерном движении  автомобиля по микро профилю  , при , по формуле:

,

где - пробег автомобиля, равный км;

  - средняя скорость автомобиля, равная км/ч.

Получим

 ч.

      Число циклов  нагружения колеса определим  по формуле:

 млн. циклов.

      Число циклов  нагружения полуосей и дифференциала  равно числу циклов нагружения  колеса.

      Определим  число циклов нагружения.

 млн. циклов.

 млн. циклов.

 млн. циклов.

 млн. циклов.

 млн. циклов.

 

4 Расчет сцепления

4.1 Определения основных параметров сцепления

Коэффициент запаса сцепления:

На основе опыта автомобилестроения рекомендуется  принимать значение для грузовых автомобилей из следующего диапазона 1,5-2,2. Принимаем .

 Выбираем тип сцепления.

і- число поверхностей трения. i=4 двухдисковое.

Определяем момент пробуксовки  сцепления 

,

    
.

 Определения размеров  фрикционной накладки.

Размер фрикционной накладки берем по аналогу: D=400мм; d=240мм.

Определим суммарное нажимное усилие пружин N

,

где ;

,

.

Определения контактного  давления поверхности трения:

,

.

Определяем ход нажимного  диска.

,

4.2 Расчет деталей.

 Расчет цилиндрических  пружин.

Определяем номинальное  значение усилия, которое развивается  одной пружиной включенного сцепления  при неизношенных накладках:

  ,

где z- число пружин z=10

Определим твердость пружины  из выражения:

    ;   
  ,

 Н/мм.

Определим  диаметр провода  пружины при условии ее прочности  при максимальной деформации

  ,

где к  - коэффициент, который  учитывает кривизну витков;

     - величина касательных напряжений, которое допускается

,

Задаемся отношением с обычно применяемого на практике диапазона

     Принимаем

 мм.

Принимаем d =5 мм.

Определяем число рабочих  витков пружины n, определяется из условия:

,

где G- модуль упругости второго  рода ( G=8×104МПа).

Принимаем n=7 которое отвечает условию

Определяем полное число  витков пружины 

  так как   

nп=n+2 ,

nп=7+2=9

Определяем длину целиком  сжатой пружины (к столкновенью витков) пружины 

,

 мм.

Уточняем значение твердости  пружины

.

Зазор между витками пружины  при исключенном сцеплении должный  удовлетворять условию  .

Задав значением, находим шаг между витками не нагруженной пружины:

,

 мм.

Определим длину не нагруженной  пружины:

,

 мм.

Определим деформацию целиком  сжатой пружины (к столкновенью витков):

,

 мм.

Определим силу, которая  сжимает пружину к столкновенью витков в предположении сохранения ее линейной характеристики:

  ,

 Н.

Определим наибольшее контактное напряжение:

,

.

 

4.3 Расчет показателей износостойкости сцепления

Определим давление на фрикционные  накладки

,

где  W- работа буксования сцепления при трогании автомобиля из места;

       F- площадь одной поверхности трения

 i – число поверхностей трения. i=4 двухдисковое

Определим увеличение средней температуры

,

где mg – масса диска

c – удельная массовая  теплоемкость материала диска  (для чугуна с=481,5 Дж/кгС°);

- частица теплая, что идет  на нагревание диска ( =0,25)

Для практических расчетов рекомендуется упрощенная зависимость  для определения работы буксования сцепления:

,

где - момент сопротивления движения автомобиля, приведенное к коленчатому валу автомобиля;

       Ia – момент инерции условного маховика на первичном вале коробки передач,

эквивалентного поступательной массе автомобиля что двигается ;

       - угловая скорость коленчатого вала при трогании автомобиля из места;

,

где - коэффициент дорожного сопротивления

Для грузовых автомобилей  расчет ведется для автомобиля на первой передаче при .

 Н*м.

Величина  угловой скорости коленчатого вала применяется : для дизелей – 

,

.

Определяем  момент инерции 

,

 Н*м.

“Грузовой автомобиль 4-го класса” с разработкой сцепления 📙 Курсовая → 🆔 66832

“Грузовой автомобиль 4-го класса” с разработкой сцепления 📙 Курсовая → 🆔 66832

“Грузовой автомобиль 4-го класса” с разработкой сцепления