Методика расчёта привода трансмиссии автомобиля
Упругий полукарданный шарнир должен центрироваться, иначе балансировка карданного вала может нарушиться.
В основе всех конструкций карданных шарниров равных угловых скоростей лежит единый принцип: точки контакта, через которые передаются окружные силы, находятся в биссекторной плоскости валов.
Для пояснения этого рассмотрим простейшую модель, приведенную на рисунке 12.
Окружная скорость точки контакта О υO = ω1r1; υO = ω2r2, откуда ω1r1 = ω2r2. Подставив в это равенство значения r1 = AOsinαи r2 = BOsinβполучим ω1AOsinα = ω2BOsinβ. Угловые скорости ведущего и ведомого валов равны, если АО = ВО; α = β.
Легко показать, что в этом случае точка О лежит в биссекторной плоскости. Это видно из равенства треугольников ОО'С и OO ' D .
Рисунок 12. Схема карданного шарнира равных угловых скоростей
Расчет размеров деталей карданной передачи
Карданный вал. Во время работы карданный вал испытывает изгибающие, скручивающие и осевые нагрузки.
Изгибающие нагрузки возникают в результате неуравновешенности карданного вала, и в некоторой степени пары осевых сил, нагружающих шипы крестовины карданного шарнира. В эксплуатации неуравновешенность может появиться не только в результате механических повреждений карданного вала, но также при износе шлицевого соединения или подшипников карданных шарниров. Неуравновешенность приводит к вибрациям в карданной передаче и возникновению шума. Карданный вал подвергается тщательной динамической балансировке на специальных балансировочных станках. Допустимый дисбаланс зависит от максимального значения эксплуатационной угловой скорости карданного вала и находится в пределах (15... 100) г∙см.
|
|
Даже хорошо уравновешенный вал в результате естественного прогиба, вызванного собственным весом, при некоторой угловой скорости, называемой критической, теряет устойчивость; его прогиб возрастает настолько, что возможно разрушение вала.
Пусть в статическом положении ось вала смещена на расстояние е от оси вращения, а при угловой скорости ω получает прогиб f . Тогда при вращении карданного вала возникает центробежная сила
Pu = mв (e + f) ω 2,
где mв — масса вала.
Рисунок 13. Схема для определения критической скорости карданного вала
Центробежная сила уравновешивается силой упругости вала
Ру = си f ,
где си — изгибная жесткость.
Поэтому
или
Если си → mвω2, то f → ∞.
Критическая угловая скорость, вызывающая бесконечно большой прогиб,
,
соответственно критическая частота вращения вала
nкр = 30 ωкр / π
nкр = 30шкр/я,
где си = qвlв / f(qв— вес вала, отнесенный к его длине; lв — длина вала).
|
|
Прогиб вала определяется в зависимости от принятой схемы его нагружения. Будем считать карданный вал нагруженной равномерно балкой на двух опорах со свободными концами. Прогиб балки
f = 5 q в l в 4 / (384 EJ и ),
где E = 2∙105 МПа — модуль упругости первого рода; — момент инерции поперечного сечения вала (dн и dвн — соответственно наружный и внутренний диаметры вала).
Масса вала определяется из выражения
,
где γ— плотность материала вала.
Подставив значения си и тв, получим выражение для критической частоты вращения вала:
полого
сплошного
Если считать карданный вал балкой с защемленными опорами, то числовой коэффициент в формуле следует принимать большим в 1,5...2,25 раза.
Критическая частота вращения карданного вала должна быть в 1,5...2 раза больше максимальной эксплуатационной. Для повышения критической частоты вращения следует уменьшать длину вала, что особенно эффективно, и увеличивать как наружный, так и внутренний диаметры. Внутренний диаметр трубчатого вала можно увеличивать до определенного предела (лимитирует прочность вала).
Скручивающие нагрузки:
Трубчатый вал изготовляют из малоуглеродистой стали (сталь 15, сталь 20), не подвергая ее закалке. Толщина стенок обычно не превышает 3,5 мм (для автомобилей ВАЗ — 2 мм; КамАЗ —3,5 мм).
|
|
Напряжение кручения трубчатого вала
; [ τ кр ] = 100...120МПа.
Приваренные к трубе шлицованный наконечник и вилку изготовляют из легированной или углеродистой конструкционной стали 30, 35Х или 40.
Напряжение кручения сплошного вала
; [ τ кр ] = 300...400 МПа.
При передаче крутящего момента карданный вал закручивается на некоторый угол
где J0 — момент инерции сечения вала (трубчатого ,сплошного ); G— модуль упругости при кручении, G = 850 ГПа.
Допускаемый угол закручивания 7...8° на 1 м длины вала.
Скручивающие нагрузки вызывают смятие и срез шлицев вала. Напряжение смятия шлицев от сил, действующих по их среднему диаметру,
, [ σ см ] = 15…20 МПа
где dш.н, dш.вн — наружный и внутренний диаметры шлицевого конца вала; nш— число шлицев; lш — длина шлица.
Напряжение среза (считая, что шлицы срезаются у основания по диаметру dш.вн; bш — ширина шлица)
[ τ ср ] =25...30 МПа
Осевые нагрузки в карданной передаче возникают в шлицевом соединении при перемещениях, связанных с изменением расстояния между шарнирами, например при колебаниях кузова на рессорах. Исследования показали, что даже при наличии большого количества смазочного материала последний не удерживается на поверхности трения и перемещение в шлицевом соединении происходит в условиях граничного трения. При этом коэффициент трения μ = 0,2, а иногда (при появлении задиров) μ = 0,4. При передаче большого крутящего момента в шлицевом соединении происходит защемление, и карданный вал, по существу, передает тяговое усилие. При этом двигатель, установленный на упругих подушках, продольно смещается в некоторых автомобилях на 10 мм, а иногда и больше. Большие осевые силы (в грузовых автомобилях 20...30 кН) независимо от того, смазано шлицевое соединение или нет, создают дополнительные нагрузки на карданные шарниры, промежуточную опору карданной передачи, а также на подшипники коробки передач и главной передачи. Повышенное трение в шлицевом соединении приводит к быстрому изнашиванию шлицев и к нарушению в связи с этим балансировки карданной передачи.
|
|
Осевые силы являются одной из главных причин того, что долговечность карданных передач в 2...3 раза ниже долговечности основных агрегатов автомобиля. Осевая сила
Сечение трубы карданного вала определяют исходя из напряжения на кручение:
τт=16ТmахDн/π(D4н –D4вн),
где τТ — предел текучести материала вала.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 339; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!