Анализ компоновочных схем грузовых автомобилей

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 

МБ.111098.000.ПЗ

1.Анализ  компоновочных схем  грузовых автомобилей

а) Двигатель над осью передних колес, кабина за двигателем

Рисунок 1. Двигатель над осью передних колес, кабина за двигателем

Автомобили выполнены по такой  схеме, отличаются большой базою  и габаритной  длиной, ограниченной передней осмотрительностью при  хорошем доступе к двигателю  и удобством входа и выхода.

б) Двигатель над осью передних колес, кабина насунута на двигатель

Рисунок 2. Двигатель над осью передних колес, кабина насунута на двигатель

Даная схема позволяет  немного  уменьшить базу и габаритную длину  ( на 200-400 мм), однако при этом колесные ниши и двигатель, выступая за площадь перегородки отсека двигателя, сокращает расположенный объем в зоне расположения педалей и усложнит их компоновку, в связи з этим нужно будет поднять пол кабины. К недостаткам автомобилей, исполненных по такой схеме относятся: сложный доступ  к задней части двигателя, малая ширина отверстия дверей, повышенный уровень шума, нагрев перегородки моторного отсека.

В автомобилях данных схем, в груженном состоянии на передние колеса приходиться 27-30% массы, что есть оптимальным при движении по плохим дорогам; без нагрузки на задние колеса приходиться более 50% массы, что тоже есть позитивным фактором.

Данные схемы  а та б можно отнести к классическим, имеют преимущественное распространение на изготовляемых в массовых масштабах автомобилей общего назначения независимо от их грузоподъемности, а также на специальных автомобилях, создаваемых на их базе.

в) Двигатель над осью передних колес, кабина над двигателем

Рисунок 3. Двигатель над осью передних колес, кабина над двигателем

Схема позволяет получить минимальные базу и габаритную длину. К недостаткам автомобилей, исполненных по такой схеме, можно отнести: большая высота пола кабины, не удобный вход и выход, наличие кожуха над двигателем, что делает невозможным расположение в кабине 3-ох человек, а также усложненный доступ к двигателю через капот, расположенный внутри кабины, который не исключает возможность попадания в кабину отработанных газов. Поэтому вместо применения подъемного капоту кабину иногда изготовляют откидывающаяся вперед, что приводить к усложнению приводов управления и коммуникаций.

г) Двигатель сзади оси передних колес, кабина перед двигателем

Даная схема позволяет получить промежуточные значения базы и габаритной длины. Расположения сидений над  колесными шинами создает такие  преимущества, как промежуточное  значения высоты пола кабины, очень  хорошая передняя осмотрительность, удобство входа и выхода (подножка расположена спереди  колес) и  ровный пол кабины.

 

Рисунок 4. Двигатель сзади оси  передних колес, кабина перед двигателем

К недостаткам рассмотренной схемы  следует отнести усложненный  доступ к двигателю через люк  в полу, который не выключает возможности  попадания в кабину отработанных газов. Поэтому вместо применения закрываемого люка кабину иногда изготавливают откидной. Другим решениям этой проблемы может-быть  применения двигателя с горизонтальным или противолежащим расположениям цилиндров, установленного под рамой и доступного для обслуживания снизу.

На автомобилях исполненных по схемам в та г, в нагруженном состоянии на передние колеса, приходиться 33-55% массы, что хорошо для движения по дорогам с твердим покрытиям; без нагрузки на задние колеса приходиться менее     50 % , что совсем не допустимо при движении по бездорожью. В сравнении с автомобилями, исполненными по схемам а та б , база меньше на 900-1200 мм, а габаритная длина – на 700-1000 мм. Это обеспечивает высокую маневренность и минимальную необходимую площадь для стоянки. Сухая масса автомобиля меньше на 100-150 кг.

к числа недостатков схем в та г в сравнении с схемами а та б следует отнести расположения сидений далеко от зоны наибольшей комфортабельности, в связи с этим экипаж будет поддаваться влиянию больших вертикальных ускорений при продольных колебаниях автомобиля.

Преимущественная область распространения  компоновочных схем в та г – грузовые автомобили V категории и выше с грузоподъёмности от 4,5 т. чаще  всего оборудованы специальными типами кузовов и используемые для монтажа разнообразного оборудования; тягач, самосвал, цистерна, автокран и т. д.

  - Определения общего компонования автомобиля, его полной массы колесной формулы и основных нагрузок.

- Компоновки базового автомобиля. Базовый автомобиль определяют  по основным данным, которые задаются  для выполнения тягового расчета  (вид автомобиля – по назначению; колесная формула, масса перевозимого  груза - m_b; максимальная скорость движения - V_max и др.)

-Анализу компоновочных схем  автомобилей мирового автомобилестроения  и др. базе научного прогнозирования  с учетом рекомендаций специальной  литературы.

Учитывая изложенные рекомендации и исходные данные для тягового расчета.

На этом основании для проектируемого автомобиля примем компоновку, при  которой двигатель над осью кабина над двигателем. Кабина откидывается  над двигателем, грузовая платформа  с откидными бортами. Колесная формула 4×4. Колеса одинарные. Двигатель дизельный, V-образный. Трансмиссия состоит с: 2-о дискового фрикционного сцепления, коробки передач, меж осевого дифференциала, меж колесного дифференциала, ведущих мостов, карданной передачи. Основные габариты :  база – 4600 мм; колея передних колес – 2100 мм; задних колес – 2100 мм; высота автомобиля Н_о –3460 мм; ширина - 2700 мм; длина - 8160 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Проэктирование узла. Обзор конструкции элемента автомобиля

2.1 Анализ конструкции карданной передачи

 

В трансмиссиях автомобилей карданные передачи применяются для передачи моментов между валами, оси которых не лежат  на одной прямой и изменяют свое положение в пространстве. В общем  случае, карданная передача состоит  из карданных валов, карданных шарни ров, промежуточных опор и соединительных устройств.

 

Карданная передача: 
1 — эластичная муфта; 
2 — болт крепления эластичной муфты к фланцу; 
3 — крестовина; 
4 — сальник; 
5 — стопорное кольцо; 
6 — подшипник крестовины; 
7 — гайка; 
8 — фланец эластичной муфты; 
9 — сальник; 
10 — обойма сальника; 
11 — кронштейн безопасности; 
12 — болт крепления кронштейна к промежуточной опоре; 
13 — передний карданный вал; 
14 — кронштейн промежуточной опоры; 
15 — промежуточная опора; 
16 — вилка переднего карданного вала; 
17 — задний карданный вал; 
18 — вилка заднего карданного вала; 
19 — фланец ведущей шестерни главной передачи; 
20 — гайка; 
21 — болт крепления вилки

 

По компоновке карданные передачи классифицируются на закрытые и открытые.

Закрытая карданная передача размещается внутри трубы. Труба может воспринимать силы и реакции, возникающие на ведущем мосту, и служить направляющим элементом подвески. В такой карданной передаче применяется только один шарнир, а неравномерность вращения карданного вала компенсируется его упругостью. Известны конструкции, в которых роль карданного вала выполняет торсион (упругий вал небольшого диаметра), при этом карданные шарниры отсутствуют. 
 

 

Конструкция промежуточной опоры: 
1 — вилка; 
2 — упругая подушка; 
3 — подшипник промежуточной опоры 

Открытая  передача не имеет трубы, и реактивный момент воспринимается рессорами или реактивными тягами. Карданная передача должна иметь не менее двух шарниров и компенсирующее звено, так как расстояние между соединенными агрегатами в процессе движения изменяется. На длиннобазных автомобилях применяют карданную передачу, состоящую из двух валов. Этим исключается возможность совпадения критической угловой скорости вала с эксплуатационной. Уменьшение длины вала повышает его критическую частоту вращения, которая должна как минимум в 1,5 раза превышать максимально возможную при эксплуатации.

Конструкция карданной передачи с двумя валами требует применения промежуточной опоры одного из валов, подшипник которой для компенсации возможного осевого перемещения силового агрегата на раме или кузове установлен в эластичном кольце.

 

 

2.2.Методика расчета карданной передачи

 

Для расчета  карданной передачи должны быть известны такие исходные данные: 
Тип автомобиля – грузовой; 
Максимальный крутящий момент Ме max {Н*м} при nm {рад/с}; 
Максимальная частота вращения коленвала  nmax {об/мин;} 
Передаточные числа КПП: U1;  U5; 
Коэффициент запаса сцепления: βс; 
Длина карданного вала: L {мм}

 

 

    Расчет

 
1) Вычерчиваем кинематическую схему  карданной передачи.

 
2) Определяем максимальный крутящий  момент:

 
Ммах=Ме мах*Uк1                                                (1)

 
         Ме мах – Максимальное значение крутящего момента двигателя; 
         Uк1 – передаточное число первой передачи.

 

3) Определяем максимально возможную  частоту вращения карданного  вала:

 
nмах=1,1*(nе мах/Uкп)                                           (2)

 
         nе мах – максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя; 
         Uкп – передаточное число высшей передачи КПП; 

4)  Определяем внутренний диаметр трубы карданного вала.

 

=4мм-толщина стенки

 
Числа подбираються по справочной литературе

 
5) Определяем наружный диаметр  трубы карданного вала:

 
D=d/a                                                       (3) 
 
6) Определяем допустимую критическую частоту вращения карданного вала

 
Nд кр=                                         (4)

 
         L – длина карданного вала.

 
7) Рассчитываем для полого вала полярный момент инерции:

 
                                              (5)

 
8) Определяем угол закручивания в градусах:

 
                                                    (6)

 

где J -полярный момент инерции 296,2м

G-модуль  упругости при кручении для  стали=8,5*10⁴Мпа

Угол закручивания не должен превышать 9* на метр длины вала.  

2.2.1   Расчет крестовины карданной передачи.

 
Размеры крестовины находятся при  условии, что крестовина не будет  иметь остаточных деформаций под  действием максимального крутящего  момента при включенной первой передачи в КПП. 
 
         Шипы крестовины рассчитывают на изгиб и срез: 
 
1) Определяем максимальное значение силы, которая действует на детали карданного сочленения:

 
Fmax=                                              (7) 

R – плечо приложения силы Fmax ; 

α – угол между входными и выходными валами⁰.

 
2) Определяем напряжение изгиба  в сечении:

 
                                     (8)

 
         lш – длина шипа, зависящая от карданного игольчатого подшипника; 
           – осевой момент сопротивления, определим по формуле:

 

                                             (9)

 

 

 dш – диаметр шипа, зависящий от карданного игольчатого подшипника

В конструкциях карданных шарниров напряжение изгиба не должно превышать 250-300 МПа. 

3) Определяем касательные напряжения, возникающие в поперечном сечении шипа и работающие на срез:

 

                                               (10)

 

В конструкциях карданных шарниров касательные  напряжения, возникающие в поперечном сечении шипа, должны быть не более 90 МПа. 
Крестовину карданного шарнира изготавливают из стали 12ХН3А, 18ХГТ, 20Х с последующей цементацией (HRC58-65) 

2.2.2 Расчет вилки шарнира карданной передачи.

 

В шарнире  возникает напряжения изгиба Под действиям силы действующее на плечо а. И размере сечения l, Внапряжения изгиба

 

                             (11)

 

Напряжения  кручения в опасном сечении Б-Б. Возникает под действиям силы Fmax приложенной на плече Касательные напряжения, возникающие в вилке, должны быть не более 160МПа.

Вилки карданного шарнира изготавливают из среднеуглеродистых сталей 35, 40, 45 или 40XHMA.

 
3.Список использованной литературы

1. Бочаров Н.Ф., Жеглов Л.Ф. Конструирование и расчет колесных машин высокой проходимости: Учебник для вузов/ Бочаров Н.Ф. [и др.]/ - М.: Машиностроение, - 1983, - 299 с., ил.
2. Мелисаров В.М. Анализ конструкций, элементы расчета: методические разработки/ В.М. Мелисаров [и др.]. – Тамбов: Издательство Тамбовского Государственного технического Университета, - 2008, - 84 с.
3. Осепчугов В. В., Фрумкин А. К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета: Учебник для студентов вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство»/Осепчугов В.В. [и др.]. — М.: Машиностроение, 1989.— 304 с, ил.
4. http://www.vaz-autos.ru/ - Ремонт и эксплуатация автомобилей ВАЗ (электронный ресурс).
5. Проектирование трансмиссий автомобилей: Справочник/Под общ. ред. А. И. Гришкевича. – М.: Машиностроение, 1984, - 272 с., ил.