Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени

государственный технический университет им. Н. Э. Баумана

Кафедра ”Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы”

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту на тему:

Проектирование вальной коробки перемены передач

Вариант №9

Студент _____________ (Смирнов К.А.) Группа СМ9-71

Руководитель проекта ______________ (Шмаков А.Ю.)

Москва

2012

Оглавление

Аннотация. 5

1.Тяговый расчёт. 6

1.1.Исходные данные для тягового расчёта. 6

1.2.Определение внешней характеристики двигателя. 6

1.3.Определение динамического фактора. 9

2.Выбор схемы коробки перемены передач и её кинематический расчёт. 15

2.1.Выбор схемы коробки передач. 15

2.2.Кинематический расчёт выбранной схемы ВКПП. 16

3.Расчёт зубчатых пар коробки передач. 18

3.1.Исходные данные. 18

3.2.Выбор материала зубчатых колёс. 18

3.3.Определение допускаемых контактных напряжений. 19

3.4.Определение допускаемых изгибных напряжений. 20

3.5.Определение межосевого расстояния. 20

3.6.Определение параметров зубчатых колёс. 21

3.6.1.Определение модуля. 21

3.6.2.Определение чисел зубьев. 21

3.6.3.Определение геометрических параметров. 22

3.6.4.Определение сил в зацепление. 22

3.7.Проверочный расчёт зубчатых колёс. 22

3.7.1.Проверочный расчёт по контактным напряжениям. 22

3.7.2.Проверочный расчёт по изгибным напряжениям. 23

3.8.Результаты расчёта зубчатых пар. 23

4.Определение реакций в опорах валов. 23

5.Расчёт валов. 25

5.1. Расчёт входного вала. 25

5.1.1. Расчёт диаметра входного вала из условия достаточной изгибной жёсткости. 25

5.1.2. Расчёт диаметра входного вала из условия достаточной крутильной жёсткости. 27

5.1.3. Проверочный расчёт входного вала на статическую прочность. 27

5.2. Расчёт промежуточного вала. 28

5.2.1. Расчёт диаметра промежуточного вала из условия достаточной изгибной жёсткости. 28

5.2.2. Расчёт диаметра промежуточного вала из условия достаточной крутильной жёсткости. 30

5.2.3. Проверочный расчёт промежуточного вала на статическую прочность. 30

5.3. Расчёт выходного вала. 31

5.3.1. Расчёт диаметра выходного вала из условия достаточной изгибной жёсткости. 31

5.3.2.Расчёт диаметра выходного вала из условия достаточной крутильной жёсткости. 32

5.3.3. Проверочный расчёт выходного вала на статическую прочность. 32

6.Расчёт подшипников. 34

6.1. Расчёт подшипников опор входного вала. 34

6.2. Расчёт подшипников опор промежуточного вала. 36

6.3. Расчёт подшипников опор выходного вала. 37

6.5.Расчёт игольчатых подшипников, устанавливаемых между зубчатыми колёсами и валами. 39

7.Расчёт шлицевых соединений. 40

7.1.Расчёт шлицевых соединений на входном валу. 40

7.1.1.Расчёт прямобочных шлицевых соединений на входном валу. 40

7.1.2.Расчёт эвольвентных соединений на входном валу. 41

7.2.Расчёт шлицевых соединений на промежуточном валу. 41

7.3.Расчёт шлицевых соединений на выходном валу. 41

7.3.1.Расчёт прямобочных шлицевых соединений. 41

7.3.2.Расчёт эвольвентных соединений на выходном валу. 42

8.Расчёт синхронизаторов. 43

8.1.Расчёт синхронизаторов входного и выходного вала. 43

8.2. Расчёт пружин фиксаторов. 45

8.3. Расчёт угла скоса в корпусах синхронизаторов. 46

Литература 48

Аннотация.

Целью выполненного курсового проекта является разработка трёхвальной коробки передач с мультипликатором гусеничной машины по известным основным характеристикам трансмиссии и результатам тягового расчёта.

Данный курсовой проект состоит из трёх листов чертежей формата А1 и расчётно-пояснительной записки.

1.Тяговый расчёт.

1.1.Исходные данные для тягового расчёта.

Масса машины (М) 7000 кг

Минимальные обороты двигателя (n_min) 1200 об/мин

Максимальные обороты двигателя (n_max) 2200 об/мин

Максимальная скорость движения машины (V_max) 35 км/ч

Максимальный угол подъёма (α_max) 20°

К.п.д. трансмиссии (η_тр) 0,95

Лобовая площадь машины (F) 2,1 м²

Длина трака гусеницы (L_гус) 100 мм

Минимальный коэффициент сопротивления прямолинейному движению гусеничной машины (f_min) 0,06

Максимальный коэффициент сопротивления прямолинейному движению гусеничной машины (f_max) 0,08

Коэффициент сцепления (φ) 0,85

Коэффициент сопротивления воздуха (k) 0,005

Коэффициент неравномерности движения гусеницы (δ_г) 1,03

Коэффициент приращения массы (δ_г.м) 1,13

Общий ресурс машины (L) 500 ч

1.2.Определение внешней характеристики двигателя.

Сила сопротивления воздуха:

R_в = k∙F∙V_max²

К.п.д. гусеницы :

η_гус^’ = 0,019-0,00385∙V_max

Общий к.п.д. машины:

η_об^’ = η_гус^’∙ η_тр

Сила тяги по двигателю:

P_дв=f_min∙M+R_в

Максимальная свободная мощность:

N_св.max = (P_дв.∙V_max)/(270∙ η_об^’)

Максимальная эффективная мощность:

N_{e max} = N_св.max/0,8

Текущее значение эффективной мощности:

N_e(n_i) = N_{e max}∙(0,5∙(n_i/2200)+1,5∙(n_i/2200)²-(n_i/2200)³)

Текущее значение мощности внешних потерь:

N_n(n_i) = 0,15∙ N_{e max}∙(n_i/2200)³+0,05∙ N_{e max}

Текущее значение свободной мощности :

N_св(n_i) = N_e(n_i)-N_n(n_i)

Текущее значение эффективного момента :

M_e(n_i) = 716,2∙(N_e(n_i)/n_i)

Текущее значение свободного момента :

M_св(n_i) = 716,2∙(N_св(n_i)/n_i)

При расчёте на ЭВМ с помощью ПО Mathcad были получены следующие результаты :

R_в = 12,863 кгс

η_гус^’ = 0,784

η_об^’ = 0,745

P_дв = 432,863 кгс

N_св.max = 75,314 л.с.

N_{e max} = 94,143 л.с.

Результаты расчёта значений эффективной мощности , свободной мощности , мощности внешних потерь , а так же эффективного и свободного моментов приведены в таблице 1.1 во всём рабочем диапазоне оборотов двигателя через каждые 100 об/мин.

Таблица 1.1.

n, об/мин	Ne	Nп	Nсв	Ме	Мсв
1200	52,411	6,999	45,413	31,281	27,104
1300	57,699	7,621	50,078	31,787	27,589
1400	62,88	8,346	54,433	32,167	21,898
1500	67,901	9,183	58,718	32,421	28,036
1600	72,711	10,139	62,572	32,547	28,009
1700	77,256	11,223	66,033	32,547	27,819
1800	81,482	12,442	69,04	32,421	27,47
1900	85,337	13,804	71,533	32,167	26,964
2000	88,767	15,317	73,45	31,787	26,303
2100	91,72	16,989	74,731	31,281	25,487
2200	94,143	18,829	75,314	30,648	24,518

Рисунок 1.1. Рисунок 1.2.

1.3.Определение динамического фактора.

Общий коэффициент сопротивления движению:

f_o = f_max∙cos(α_max)+sin(α_max)

Потребная сила тяги :

P_потр = f_o∙M

Минимальная скорость движения:

V_min = (270∙N_{св max}∙η_об^’)/P_потр

Кинематический диапазон трансмиссии:

;

Минимальное число передач:

k_min = (lg(d)/lg(2200/1500))+1

Коэффициент геометрической прогрессии:

q = (d)^(1/(k_min-1))

Скорость движения на передачах:

V_j+1 = V_j∙q

Радиус ведущего колеса :

r_в.к. = L_гус/(2000*((δ_гус²-1)^0,5)))

Действительный радиус ведущего колеса:

R_в.к. = δ_гус∙r_в.к.

Передаточное отношение трансмиссии:

i_тр = 0,377∙R_в.к.∙n_max/V_j

Обороты перекрытия:

n_o = n_max/q

Перекрытие по оборотам:

a = (n_o-n_min)/n_max

Перекрытие передач по скорости:

V_ij=a∙V_j

Перекрытие по времени:

t_ij=(V_ij∙δ_г.м.)/(f_min∙g)

Текущее значение скорости на передачах:

V_ji = (0,377*R_в.к.*n_i)/i_{тр j}

Текущее значение силы сопротивления воздуха:

R_вi = k∙F∙V_i²

Текущее значение общего к.п.д.:

η_{общ i} = (0,919-0,00385∙V_i)∙η_тр

Динамический фактор на передачах:

D = (270∙N_свi∙η_общi)/(M∙V_ji)-R_в/M

При расчёте на ЭВМ с помощью ПО Mathcad были получены следующие результаты:

f_o = 0,417;

P_потр = 2920 кгс;

V_min = 5,188 км/ч;

d = 6,747;

k_min = 5,985;

q = 1,465;

r_{в.к .}= 0,203 м;

R_{в.к .}= 0,209 м;

n_o = 1502 об/мин;

a = 0,137

В таблицах 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 приведены значения скорости движения на передачах, передаточного отношения трансмиссии на передачах, перекрытия передач по скорости, перекрытия передач по времени, текущего значения скорости на передачах, текущего значения сопротивления воздуха на передачах, текущего значения общего к.п.д. на передачах и текущего значения динамического фактора на передачах соответственно.

Таблица 1.2
V1	5,188
V2	7,6
V3	11,133
V4	16,309
V5	23,892
V6	35
Таблица 1.3
iтр 1	33,364
iтр 2	22,775
iтр 3	15,547
iтр 4	10,547
iтр 5	7,245
iтр 6	4,945
Таблица 1.4
V12	0,29
V23	0,424
V34	0,621
V45	0,91
V56	1,334
Таблица 1.5
t 12	0,556
t 23	0,814
t 34	1,193
t 45	1,748
t 56	2,56
Таблица 1.6
n	V1i	V2i	V3i					V4i		V5i		V6i
1200	2,83	4,145	6,073					8,896		13,032		19,091
1300	3,065	4,491	6,579					9,637		14,118		20,682
1400	3,301	4,836	7,085					10,379		15,204		22,273
1500	3,537	5,182	7,591					11,12		16,29		23,864
1600	3,773	5,527	8,097					11,861		17,376		25,455
1700	4,009	5,873	8,603					12,603		18,462		27,045
1800	4,245	6,218	9,109					13,344		19,548		28,636
1900	4,48	6,563	9,615					14,085		20,634		30,227
2000	4,716	6,909	10,121					14,827		21,72		31,818
2100	4,952	7,254	10,627					15,568		22,806		33,409
2200	5,188	7,6	11,133					16,309		23,892		35
Таблица 1.7
n, об/мин	Rв1	Rв2	Rв3					Rв4		Rв5		Rв6
1200	0,084	0,18	0,387					0,831		1,783		3,827
1300	0,99	0,212	0,454					0,975		2,093		4,491
1400	0,114	0,246	0,527					1,131		2,427		5,209
1500	0,131	0,282	0,605					1,298		2,786		5,979
1600	0,149	0,321	0,688					1,477		3,17		6,803
1700	0,169	0,362	0,777					1,668		3,579		7,68
1800	0,189	0,406	0,871					1,87		4,012		8,61
1900	0,211	0,452	0,971					2,083		4,47		9,594
2000	0,234	0,501	1,076					2,308		4,953		10,63
2100	0,257	0,553	1,186					2,545		5,461		11,72
2200	0,283	0,606	1,301					2,793		5,994		12,863
Таблица 1.8
n, об/мин	ηобщ1	ηобщ2	ηобщ3					ηобщ4		ηобщ5		ηобщ6
1200	0,863	0,858	0,851					0,841		0,825		0,803
1300	0,862	0,857	0,849					0,838		0,821		0,797
1400	0,861	0,855	0,847					0,835		0,817		0,792
1500	0,86	0,854	0,845					0,832		0,813		0,786
1600	0,859	0,853	0,843					0,83		0,809		0,78
1700	0,858	0,852	0,842					0,827		0,806		0,774
1800	0,858	0,85	0,84					0,824		0,802		0,768
1900	0,857	0,849	0,838					0,822		0,798		0,762
2000	0,856	0,848	0,836					0,819		0,794		0,757
2100	0,855	0,847	0,834					0,816		0,79		0,751
2200	0,854	0,845	0,832					0,813		0,786		0,745
Таблица 1.9
n, об/мин	D1	D2	D3					D4		D5		D6
1200	0,534	0,362	0,245					0,165		0,111		0,073
1300	0,543	0,368	0,249					0,168		0,112		0,074
1400	0,549	0,372	0,251					0,169		0,113		0,074
1500	0,551	0,373	0,252					0,169		0,113		0,074
1600	0,55	0,372	0,251					0,169		0,112		0,073
1700	0,545	0,369	0,249					0,167		0,111		0,072
1800	0,538	0,364	0,245					0,164		0,109		0,07
1900	0,528	0,357	0,24					0,161		0,106		0,068
2000	0,514	0,348	0,234					0,156		0,103		0,066
2100	0,498	0,336	0,226					0,151		0,099		0,063
2200	0,478	0,323	0,217					0,144		0,095		0,06

На рисунке 1.3 приведён график зависимости динамического фактора от скорости на каждой передаче.