Расчет коробки передач Урал-4320

Расчет сцепления, привода и КП автомобиля Урал-4320

Введение

 

Трансмиссия - совокупность агрегатов, узлов и деталей, предназначенных для передачи крутящего момента ведущим колесами и изменяющих его (крутящий момент) и частоту вращения по величине и направлению.

Трансмиссии, состоящие только из механических устройств, называются механическими.

Механические трансмиссии включают в себя:

·        Коробку передач;

·        Раздаточную коробку передач;

·        Карданную передачу;

·        Главную передачу;

·        Дифференциалы;

·        Валы привода ведущих колес (полуоси).

Расчет коробки передач и фрикционного сцепления будем рассматривать на базе автомобиля Урал-4320.

1. Техническая характеристика автомобиля Урал-4320

сцепление передача автомобиль грузовой

Грузовые автомобили «Урал-4320» с 1976 года выпускаются Уральским автомобильным заводом в городе Миассе, Челябинской области.

Более тридцати лет этот грузовой автомобиль высокой проходимости успешно используется для транспортировки по пересечённой местности грузов, людей и специального оборудования.

Грузовой автомобиль Урал-4320 имеет полный привод с трёхосной схемой подвески и колёсную формулу 6 х 6.

Высокая проходимость данного типа грузовых автомобилей позволяет применять его для нужд организаций, работающих в экстремальных условиях: в горной местности, в условиях крайнего севера, а также для Российской армии.

За, более чем тридцатилетний срок развития, данной модели автомобилей, Урал-4320 прошёл нелёгкий путь множества модернизаций и дополнений в своей конструкции.

В наши дни этот автомобиль имеет следующие модификации:

·              4320-0110-41

·              4320-0111-41

·              4320-0611-41

·              4320-0911-40

Автомобиль Урал-4320 имеет следующие технические характеристики:

Таблица 1. Техническая характеристика Урал-4320

Технические характеристики Урал-4320
Габаритные размеры автомобиля, мм	7865х2500х2805
Внешний габаритный радиус поворота по буферу, м	11,4
Рабочая тормозная система	Двухконтурная с пневмогидравлическим приводом
Кабина	Цельнометаллическая, трехместная, оборудована системой вентиляции и отопления
Колесная формула	6x6
Максимальная скорость, км/ч	85
Масса перевозимого груза, кг	5000
Полная масса буксируемого прицепа, кг	11500
Полная масса, кг	13745
Трансмиссия	Пятиступенчатая коробка передач, двухступенчатая раздаточная коробка с блокируемым межосевым дифференциалом, средний и задний мосты с блокировкой межколесных дифференциалов
Емкость топливного бака, л	300
Шины	425/85 R21 КАМА-1260, КАМА-1260-1 390/95 R20 КАМА-Урал, 14.00-20 ОИ-25 с регулируемым давлением
Распределение полной массы автомобиля, кг
На заднюю тележку	10905
На передний мост	5110
Преодоление препятствий
Брод, м	1,75
Подъём, %	60
Платформа
Деревянная с тремя откидными бортами, оборудована съёмными надставными бортами и тентом-полотнищем
Площадь платформы, кв. м	10,5
Двигатель
ЯМЗ-238М2 дизельный
Номинальная мощность при 2100 1/мин, кВт (л.с.)	176 (240)

2. Устройство и методика расчета фрикционного сцепления Урал-4320

 

.1 Устройство сцепления

На автомобиле установлено сухое фрикционное двухдисковое сцепление с периферийным расположением нажимных пружин.

Нажимной 5 (рис. 1) и средний 2 ведущие диски имеют на наружной поверхности по четыре шипа, которые входят в специальные пазы маховика 1 и передают крутящий момент двигателя на ведомые диски 3,

Рис. 1. Сцепление: 1 - маховик; 2,5 - соответственно диски ведущие средний и нажимной; 3 - диски ведомые; 4 - картер; 6 - кожух; 7 - вилка оттяжного рычага; 8 - шайба стопорная; 9 - гайка регулировочная; 10 - пластина запорная; 11 - рычаг оттяжной; 12 - шланг муфты выключения сцепления; 13 - муфта выключения сцепления; 14 - вилка выключения сцепления; 15 - кольцо оттяжных рычагов упорное; 16 - вал вилки; 17 - пружина нажимная

Рис. 2. Привод управления сцеплением и тормозным краном: 1 - кронштейн; 2 - болт регулировочный; 3 - контргайка; 4 - рычаг привода сцепления; 5 - кран пневматический; 6, 17 - шланги; 7 - тяга педали тормоза; 8 - тяга с компенсатором; 9 - рычаг вала педали сцепления; 10 - вал педали сцепления; 11 - ограничитель хода педали сцепления; 12, 13 - соответственно пружины педалей тормоза оттяжная, сцепления; 14 - педали сцепления и тормоза; 15, 19 - рычаги тормозного крана; 16,21 - тяги; 18 - пневмоцилиндр; 20 - рычаг вала вилки выключения сцеплени ступицы которых устанавливаются на шлицах первичного вала коробки передач.

Между кожухом сцепления и нажимным диском установлены нажимные пружины, под действием которых ведомые и средний диски при включенном сцеплении зажимаются между нажимным диском и маховиком.

Средний ведущий диск имеет рычажный механизм, обеспечивающий установку его в среднее положение между маховиком и нажимным диском 5 при выключении сцепления.

При выключении сцепления муфт, 13 через упорное кольцо 15 воздействует на внутренние концы рычагов 1 и нажимной диск 5 отходит от ведомого диска 3. Средний диск 2, самоустанавливаясь в среднее положение между маховиком 1 и нажимным диском 5, с помощью рычажного механизма освобождает второй ведомый диск. В результате этого происходит разъединение двигателя и трансмиcсии.

На автомобиле установлен механический привод выключения сцепления с усилителем пневматического

Рис. 3. Нажимной диск в сборе с кожухом: 1 - болт; 2 - гайка регулировочная; 3 - пластина запорная; 4 - кольцо оттяжных рычагов упорное 5 - болт стяжной; 6-пружина нажимная; 7 - кожух сцепления; 8 - диск нажимной; 9 - рычаг оттяжной; 10-подставка контрольная; А, В-размеры; Т1 и Т2 - плоскости

При воздействии на педаль сцепления 14 усилие через рычаг 9 и детали привода передается на рычаг 20. При этом одновременно через детали тяги 8 усилие передается на шток пневматического крана 5, открывая его клапан. Давление воздуха из пневмосистемы автомобиля через шланг 17 поступает в пневмоцилиндр 18, который, перемещая рычаг 20 валика вилки, оказывает серводействие в приводе выключения сцепления.

При отсутствии давления воздуха в пневмосистеме автомобиля управление сцеплением осуществляется механически системой рычагов и тяг.

 

2.2 Выбор и обоснование параметров сцепления и определение суммарного усилия нажимных пружин

Расчет механизма сцепления включает в себя:

выбор основных параметров сцепления и определение суммарного усилия нажимных пружин;

расчет показателей нагруженности сцепления;

расчет прочности деталей механизма сцепления (нажимных пружин, рычагов нажимного диска, вилки выключения и т.д.);

Основными параметрами сцепления являются:

·        наружный и внутренний диаметры фрикционных накладок ведомых дисков - D_н, D_в;

·        расчетный коэффициент трения μ_сц,

·        число ведомых дисков, i;

·        коэффициент запаса сцепления β_;

·        статический момент трения сцепления, М_сц;

·        суммарное усилие нажимных пружин во включенном сцеплении, Рн;

·        давление на фрикционные накладки, р.

Коэффициент запаса сцепления:

Расчетный коэффициент трения:

Число ведомых дисков: i=2;

Статический момент трения сцепления:

Суммарное усилие нажимных пружин во включенном сцеплении:

 - средний радиус трения:

i - число пар поверхностей трения: i=4;

Давление на фрикционные накладки:

;

Число нажимных пружин:

где Р_вык - суммарное усилие нажимных пружин в выключенном сцеплении при проектном расчете можно принять: Р_вык=1,2 Р_н =8,72 кН;

F_п - максимальное нажимное усилие, создаваемое одной пружиной.

Жесткость нажимных пружин (одной пружины):

;

l_м - перемещение нажимного диска при выключении сцепления:

l_м=2 мм;

2.3 Расчет показателей нагруженности сцепления

Исходными данными для расчета являются:

·    полная масса автомобиля (автопоезда), m _a;

·        максимальный крутящий момент двигателя, М е _max;

·        частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальном крутящем моменте, n _m;

·        частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности, n_n;

·        радиус качения колеса, r _k;

·        КПД трансмиссии, ;

·        передаточные числа агрегатов трансмиссии, в том числе передаточные числа КП на первой и второй передаче и передаточное число РК на высшей передаче.

Работа буксования сцепления:

где J_пр - момент инерции приведенного к коленчатому валу двигателя маховика, заменяющего поступательно движущуюся массу автомобиля:

 - угловая скорость коленчатого вала двигателя в момент включения сцепления:

 - момент сопротивления движению автомобиля, приведенный к коленчатому валу двигателя:

где m_a - полная масса автомобиля: m_a =13745 кг;

g - ускорение свободного падения: g=9,81 м/с²;

ψ - коэффициент сопротивления дороги: ψ=0,01;

 - КПД трансмиссии:

Суммарная площадь поверхностей трения фрикционных накладок ведомых дисков определяется из зависимости:

Удельная работа буксования сцепления, Дж/см²:

Температура нагрева ведущих дисков:

где γ_t - коэффициент, учитывающий долю тепла, воспринимаемого нажимных или средним ведущим диском. Для нажимного диска двухдискового сцепления γ_t = 0,25;

m_д - масса нажимного (или среднего ведущего) диска;

с - удельная теплоемкость материала ведущих дисков. Для чугуна с=481,5 Дж/кг×с.

3. Расчет привода сцепления

Исходными данными для расчета привода управления сцеплением являются:

·        допустимое усилие на педали;

·        полный ход педали;

·        перемещение нажимного диска при выключении сцепления;

Допустимое усилие на педали и ее полный ход при выключении сцепления определены ГОСТ 21398-75.

Перемещение нажимного диска при выключении сцепления определяется из выражения:

где Ɵ - зазор между трущимися поверхностями при выключенном сцеплении; для двухдисковых сцеплений q = 0.5…0.7 мм.

m - осевая деформация ведомого диска при включении сцепления. Для ведомого диска с осевой податливость (упругого диска) - m =1.0…1.5 мм.

к - число ведомых дисков: к=2;

 

3.1 Расчет механического привода управления сцеплением

Расчет привода управления сцеплением включает в себя:

определение передаточного числа привода;

определение передаточных чисел и геометрических размеров рычагов нажимного диска, вилки выключения, рычагов гидравлического привода;

Для гидравлического привода управления сцеплением дополнительно определяется передаточное число его гидравлической части, а также определяются диаметры и хода поршней главного и рабочего цилиндров.

определяется свободный и полный ход педали при выключении сцепления;

выполняется расчет усилителя (если его установка необходима);

выполняются расчеты прочности деталей привода.

Сначала рассмотрим расчет механического привода.

Передаточное число механического привода управления сцеплением находится из выражения:

где Q_п - максимальное допустимое усилие на педали сцепления при его выключении. При проектном расчете сцепления принимается:

для грузовых автомобилей Qп = 240…250 Н;

Uр - передаточное число рычагов нажимного диска:

где l и f - длина плеч рычагов нажимного диска. Для существующих конструкций сцеплений Uр = 3.8…5.5.

ƞ_пр - КПД привода управления сцеплением. Для механического привода ƞ_пр = 0.7…0.8.

В свою очередь, передаточное число механического привода управления сцеплением может быть определен из следующего выражения:

U_пр= U_в × U_пед;

где Uв - передаточное число вилки выключения;

где с и d - длина плеч вилки выключения. Для существующих конструкций сцеплений U_в= 1.4…2.2.

Задавшись величиной передаточного числа и длиной одного из плеч вилки выключения, можно найти длину другого ее плеча.

U_пед - передаточное число педального привода,

где а - длина рычага педали;

b - длина рычага вала педали.

Свободный ход педали сцепления обусловлен наличием зазора между подшипником муфты выключения сцепления и рычагами нажимного диска (упорным кольцом рычагов).

Его величина может быть найдена из зависимости:

∆₁ - зазор между подшипником муфты выключения сцепления и рычагами нажимного диска (упорным кольцом рычагов). Данный зазор обеспечивает полноту включения сцеплением.

Для выполненных конструкций сцеплений: ∆₁ = 2,0…4,0 мм.

Полный ход педали сцепления складывается из рабочего и свободного ходов и находится из выражения:

где l_р - рабочий ход педали сцепления:

Определения полного хода педали сцепления, имеющего механический привод управления:

4. Коробка передач Урал 4320

Устройство. Коробка передач - трехходовая (рис. 4), имеет пять передач для движения вперед и одну передачу заднего хода. Коробка состоит из следующих основных узлов: картера 42, в котором смонтированы первичный, вторичный 43 и промежуточный 41 валы в сборе с шестернями, синхронизаторами и подшипниками, блок 17 шестерен заднего хода; верхней крышки коробки с механизмом переключения передач в сборе. К переднему торцу картера коробки передач прикреплен картер 46 сцепления.

Подшипники валов закрыты крышками с уплотнительными прокладками. Крышка заднего подшипника первичного вала внутренней расточкой центрируется по наружной обойме подшипника, в то же время картер сцепления центрируется по наружной поверхности крышки. Внутри крышки установлены две самоподжимные манжеты. В верхней части крышки имеется отверстие для подвода масла из маслонакопителя коробки передач в полость нагнетания.

Крышка заднего подшипника вторичного вала центрируется по наружной обойме заднего подшипника вторичного вала и крепится к заднему торцу картера коробки. Внутри крышки устанавливается самоподжимная манжета. В приливах правой стенки картера коробки выполнена расточка, в которую запрессована ось блока шестерен заднего хода. Для предотвращения от выпадания ось закреплена стопором 21, прикрепленным к картеру коробки болтом, имеющим сверление, в которое вставлен пластмассовый штифт. Штифт уплотняет резьбовое соединение и препятствует вытеканию смазки. Во внутренней полости картера в передней части левой стенки отлит масло-накопитель, куда при вращении шестерен забрасывается масло. Из маслонакопителя масло по сверлению в стенке картера попадает в полость крышки заднего подшипника первичного вала и на маслонагнетающее кольцо с винтовой нарезкой. К подшипникам шестерен вторичного вала масло поступает по отверстиям в первичном и вторичном валах и в ступицах шестерен.

Шестерни коробки передач, кроме шестерен первой передачи и заднего хода, косозубые. Все шестерни постоянного зацепления. Шестерни вторичного вала 43 установлены на игольчатых подшипниках с сепараторами без колец. Шестерня пятой передачи установлена на двух рядах насыпных роликов. Шестерни заднего хода, первой и второй передач промежуточного вала 41 выполнены заодно с валом. Остальные шестерни напрессованы на вал и установлены на сегментных шпонках. Блок 17 шестерен заднего хода установлен на оси 22.

Рис. 4. Коробка передач: 32, 33, 45 - крышки подшипников; 2 - вилка выключении сцепления; 3 - болт крепления вилки; 4 нал милки выключении сцепления; 5, 31 манжеты; 6 - первичный вил в сборе; 7 - муфта выключения сцепления; 8-пружина муфты; 9 шланг муфты выключения сцепления; 10, 25 регулировочные прокладки; 11,18,23. 24, 37, 39, 47 - уплотнительные прокладки; 12 - Механизм переключения передач в сборе; 13 опора рычага переключения в сборе; 14 - промежуточная втулка подшипников; 15 - рычаг переключения передачи; 16 роликовый подшипник; 17 блок шестерен заднею ходи; 19, 35 - упорные шайбы; 20 - болт крепления стопор ной шайбы; 21 стопорная шайба; 22 - ось блока шестерен заднего хода; 26, 36,44 - подшипники; 27 транспортная втулка; 28 - фланец; 29 - пружинная шайба; 30 - гайка крепления фланца; 34 - стопорная планка; 38 - стакан заднего подшипника промежуточного вала; 40 - сливная пробка; 41 - промежуточный вил в сборе: 42 - картер коробки; 43 - вторичный вил в сборе; 46 - картер сцепления;

Первая передача и задний ход включаются с помощью зубчатой муфты. Вторая, третья, четвертая и пятая передачи синхронизированы. При включении передачи под действием момента трения на конусных поверхностях скосы блокирующих пальцев прижимаются к соответствующим блокирующим скосам каретки, что препятствует перемещению каретки и включению передачи до полного выравнивания скоростей включаемой шестерни и вторичного вала. После выравнивания скоростей происходят разблокировка синхронизатора и включение соответствующей передачи.

Для предотвращения одновременного включения двух передач в крышке коробки имеется замок шарикового типа.

На крышке коробки закреплена опора рычага переключения передач, в которой закреплен наконечник рычага переключения, служащий для управления механизмом переключения передач. К наконечнику рычага переключения крепится рычаг 15 переключения передач. От попадания пыли и грязи в коробку передач через опору 12 рычага переключения передач на опору установлен резиновый защитный колпак.

Случайное включение заднего хода предотвращает пружинно-штифтовой предохранитель разрезного типа, размещенный в верхней крышке.

Рис. 5. Кинематическая схема трансмиссии Урал-4320.

Масло в коробку заливается через горловину, расположенную на правой стенке картера. В пробке 1 (рис. 6) расположен указатель уровня масла. Внутри картера имеется перегородка, поэтому сливать масло обязательно нужно через два сливных отверстия с пробками сначала через нижнее, а затем через боковое. В передней пробке встроен магнит для улавливания металлических частиц, могущих находиться в масле.

С двух сторон картера коробки имеются люки для установки коробок отбора мощности. Люки закрыты крышками с уплотнительными прокладками. Допустимый отбор мощности по 30 л. с. с каждого люка. Отбор мощности при движении не допускается.

Рис. 6. Положение указателя уровня масла при замере: 1 - пробка с указателем уровня масла; 2 - картер коробки передач

Во избежание задиров подшипников шестерен вторичного вала коробки передач при длительной буксировке автомобиля (более 150 км) с неработающим двигателем необходимо снимать промежуточный карданный вал.

При буксировании автомобиля с неработающим двигателем без демонтажа промежуточного карданного вала скорость движения не должна превышать 40 км/ч.

Техническое обслуживание. Обслуживание заключается в контроле за уровнем масла и регулярной его замене.

Для проверки уровня масла необходимо вывернуть пробку 1 указателем, протереть указатель и вставить в горловину до упора в резьбу, как показано на рис. 6. Уровень масла должен доходить до верхней риски на указателе.

Для замены масла необходимо вывернуть пробку 1 с указателем и сливные пробки сначала нижнюю, а для автомобиля Урал-5557 для того, чтобы получить доступ специальным ключом к пробке, необходимо снять кожух пола кабины, затем боковую. Очистить магнит нижней пробки от металлических частиц и после слива масла установить пробки на место. Конец слива масла определяется по переходу струи масла в каплепадение. Залить масло согласно химмотологической карте (карте смазки).

 

4.1 Кинематический расчет коробки передач

Цель кинематического расчета КП - определение диапазона передаточных чисел, числа ступеней, значений передаточных чисел на ступенях, выбор кинематической схемы, определение межосевого расстояния, чисел зубьев и параметров зацеплений зубчатых колес.

Исходные данные:

-        полная масса автомобиля - m_а;

-        максимальный крутящий момент двигателя - M_emax;

         минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала двигателя - n_min;

         передаточное число главной передачи - u_гп;

         передаточное число высшей ступени раздаточной коробки - u_рк;

         радиус качения колеса;

Передаточные числа КП, определяется из условия обеспечения возможности преодоления автомобилем заданного максимального дорожного сопротивления:

где ψ_max - максимальное значение коэффициента сопротивления движению;

При расчете КП принимается:

-        для одиночных грузовых автомобилей ψ = 0,35…0,4;

-        G_a - полный вес автомобиля.

По условию отсутствия буксования:

где φ - коэффициент сцепления. для дороги с сухим твердым покрытием принимается =0,7…0,8;

G_φ - сцепной вес автомобиля (т.е. полный вес приходящийся только на ведущие колеса).

Условие движения с минимальной скоростью:

где υ_min - скорость автомобиля, соответствующая минимальной устойчивой частоте вращения коленчатого вала двигателя при полной подаче топлива.

Диапазон передаточных чисел коробки передач - это отношение передаточного числа низшей (первой) ступени к передаточному числу высшей ступени:

 

4.2 Определение передаточных чисел промежуточных передач

 

 

n₁=1100 об/мин; n₂=1400 об/мин;

4.3 Определение межосевого расстояния и параметров зубчатых колес

 

Определение межосевого расстояния:

где М_вых - крутящий момент на ведомом валу КП при включении первой передачи:

К_а - опытный коэффициент пропорциональности: К_а=9;

Определение параметров зацеплений зубчатых колёс.

Модуль зацепления прямозубых колёс и нормальный модуль зацепления для косозубых колёс, определяется из выражений:

Угол зацепления зубчатых колес α=20^о;

Угол наклона линии зуба косозубых зубчатых колес β=18^о…26^о;

Ширина зубчатых венцев: в=(0,18…0,24);

Определение суммарного числа зубьев зубчатых пар КП:

Определение чисел зубьев колес зубчатой пары первой передачи:

Определение геометрических параметров зубчатых колес и проверка межосевого расстояния.

Табл. 2. Геометрические параметры зубчатых колёс

	96	164	64	88	216	172
	104	172	72	96	224	180
	86	154	54	78	206	162

 

Заключение

сцепление передача автомобиль грузовой

Работа над данным курсовым проектом позволила изучить эксплуатационные характеристики автомобиля Урал - 4320, на примере которого можно сделать выводы и провести исследование любого другого автомобиля.

Библиографический список

1. Автомобиль Урал-4320 и его модификации: военное издательство министерства обороны СССР / под редакцией А.Д. Просвирнин. - Москва, 1979;

. Армейские автомобили: военное издательство министерства обороны СССР / под редакцией А.С. Антонова. - Москва, 1970;

. Устройство и эксплуатация автомобилей: издательство «ДОСААФ СССР 1983 год» / под редакцией Г.И. Перепечкина.