где Мmax – наибольший вращающий момент, передаваемый карданным валом, (2410 Нм).
К – коэффициент нагрузки (для автомобилей с бензиновыми двигателями К=1).
| Н=7,3*(1*2410)⅓= 97,8 мм |
| dш=0,229*97,8 = 22,4 = 23 мм |
| lш = 0,169*97,8 = 16,53 мм |
| R=0,411*97,8 = 40,2 мм |
По размерам шипа крестовины определяют размеры деталей игольчатых подшипников карданного шарнира. В этих подшипниках в качестве тел качения используются иглы, длина которых принимается равной длине шипа крестовины, а диаметр определяется по соотношению
δ= (0,05-0,1)*dш (3.5.3)
принимаю δ=0,1*dш
δ=0,1*23= 2,3
Подсчитанный диаметр иглы не соответствует ГОСТ 6870-81 «Подшипники качения. Ролики игольчатые. Технические условия» [5], поэтому выбираю δ= 2,5 мм.
Необходимое число игл в подшипнике предварительно определяется по формуле
Z'=π(dш/δ+1) (3.5.4)
Z'=3,14*((23/2,5)+1)= 32,2
Окончательно в подшипнике принимается целое число игл Z (Z=33). При этом обязательно должно соблюдаться условие
Z' –Z=0,4÷0,8 (3.5.5)
Z' –Z=33-32,2=0,8 - условие выполняется.
3.6 Проверка игольчатого подшипника на статическую грузоподъёмность и долговечность
Проверка игольчатого подшипника на статическую грузоподъёмность заключается в проверке соблюдения условия
Рmax≤ [Со] (3.6.1)
где Рmax – максимальная сила, приложенная к игольчатому подшипнику в средней точке шипа крестовины, Н:
Рmax=Мmax/(Н- lш) (3.6.2)
где Мmax – наибольший вращающий момент, передаваемый карданным валом, Нмм (Мmax=2410408 Нмм);
Рmax=2410408 / (97,8-16,53)=29341,1 Н
[Со] – статическая грузоподъёмность игольчатого подшипника, Н. При твёрдости поверхности беговых дорожек игл НRС 60-62
[Со] = 79,0*((Z*δ*lш)((nм/u1)*tgγmax)⅓) (3.6.3)
29341,1 ≤ 29389,0 – условие выполняется
где nм – частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальном вращающем моменте, об/мин (3000 об/мин);
γmax – максимальный угол наклона карданного вала в передаче при номинальной нагрузке, град. Для трёхшарнирной карданной передачи γmax принимается равным максимальному из трёх углов γ1 γ2 или γ3 (γmax=6о).
[Со] =79,0*((33*2,5*16,53)(3000/6,4)*0,1051)= 29389,0 Н.
Долговечность игольчатых подшипников карданного шарнира определяется по формуле
Lh=100/(а1/Lh1 +а2/Lh2 +а3/Lh3 +…) (3.6.4)
где αi – продолжительность работы подшипника на I, II, III, IV передачах в% от общей продолжительности работы карданной передачи; принимается в зависимости от типа автомобиля и числа передач в КПП по данным табл. 3.6.1;
Lhi–долговечность подшипника в режиме работы на I, II, III, IV передачах, ч:
Lhi= (1,5*106/(nмi*tgγmax))*[(С*(Н-lш))/ Мi max]10/3 (3.6.5)
где nмi – частота вращения карданного вала на i-ой передаче при числе оборотов коленчатого вала, соответствующем максимальному крутящему моменту двигателя:
nмi=nм/иi (3.6.6)
где иi – передаточное число i-ой передачи КПП;
nм1=1500/6,4=234,4
nм2=1500/3,4=441,2
nм3=1500/1,9=789,5
nм4=1500/1=1500
С – динамическая грузоподъёмность подшипника, Н:
С= 39,2*(Z⅔)*δ*lш (3.6.7)
С= 39,2*(33⅔)*2,5*16,53 = 16666,4 Н.
Мi max – наибольший вращающий момент, передаваемый карданным валом на i-ой передаче, Нмм;
Мi max = Мкmax* иi (3.6.8)
М1max=478000*6,4=3059200
М2max=478000*3,4=1625200
М3max=478000*1,9=908200
М4max=478000*1=478000
Определяем Lhi–долговечность подшипника в режиме работы на I, II, III, IV передачах, ч:
Lh1=(1500000/234,4*0,1051)*[17514,64*(97,8 -16,53)/3059200]10/3=4752,73
Lh2=(1500000/441,2*0,1051)*[17514,64*(97,8 -16,53)/1625200]10/3=20793,9
Lh3=(1500000/789,5*0,1051)*[17514,64*(97,8 -16,53)/908200]10/3=80841,9
Lh4=(1500000/1500*0,1051)*[17514,64*(97,8 -16,53)/478000]10/3=361473,1
Расчёт долговечности подшипника при работе на каждом режиме целесообразно привести в виде табл. 3.6.2
Таблица 3.6.2 – Расчёт долговечности игольчатого подшипника карданного шарнира при работе на различных передачах КПП
| Номер передачи | иi | nмi, об/мин | Мi max, Нмм | Lhi, ч |
| I | 6,4 | 234,4 | 3059200 | 4752,73 |
| II | 3,4 | 441,2 | 1625200 | 20793,9 |
| III | 1,9 | 789,5 | 908200 | 80841,9 |
| IV | 1 | 1500 | 478000 | 361473,1 |
Определяем долговечность игольчатых подшипников карданного шарнира по формуле
Lh=100 / (1/4752,73+3/20793,9+21/80841,9+75/361473,1)=121409 ч
Определённая по формуле (3.6.4) долговечность игольчатого подшипника не должна быть требуемой долговечности [Lh], определяемой по формуле:
[Lh]= Lкр/vэксп (3.6.9)
где Lкр – пробег автомобиля или отдельного агрегата до капитального ремонта, км. Для современных отечественных автомобилей Lкр=200000-300000 км. Принимаю Lкр=300 000 км
vэксп – средняя эксплуатационная скорость автомобиля, км/ч (для грузовых автомобилей vэксп=30 км/ч)
[Lh]= 300000/30=10000 ч.
Условие Lh>[Lh] соблюдается (121409 ч>10000 ч)
Заключение
В результате выполненных расчетов определены числовые значения показателей эксплуатационных свойств и построены графики изменения эксплуатационных свойств проектируемого автомобиля в зависимости от изменения его скорости движения. Определён максимальный вращающийся момент на коленвалу двигателя Memax= 478 Нм, при neM= 1500 об/мин, а также мощность автомобиля, которая составила 120 КВт.
Несмотря на то, что показатели эксплуатационных свойств автомобиля определены только для одного режима работы двигателя автомобиля (работа с полностью открытой дроссельной заслонкой), они имеют большое практическое значение. Некоторые показатели используются для оценки технического уровня вновь проектируемого автомобиля (например, время и путь разгона автомобиля до максимальной скорости, топливно-экономическая характеристика). Другие – являются исходными данными для проектирования механизмов и систем автомобиля, на основании которых во второй части настоящего проекта разработана карданная передача проектируемого автомобиля (определены геометрические размеры, статический прогиб подвески fст ведущего моста автомобиля при номинальной нагрузке, а так же долговечность подшипника, которая составила 159236 ч).
Литература, используемая при работе над проектом
1. Бухарин Н.А., Прозоров В.С., Щукин М.М., Автомобили. Конструкция, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля. Учебное пособие для вузов. Л.,, 1973 г.
2. Иванов В.В., Илларионов В.А., Морин М.М. Основные теории автомобиля и трактора. М. «Высшая школа», 1997 г.
3. Краткий автомобильный справочник НИИАТ.
4. Лукин П.П., Гаспарянс Г.А. Расчёт и конструирование автомобиля. М, «Машиностроение».
5. ГОСТ 8734-75 «Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные».
6. ГОСТ 6870-81 «Подшипники качения. Ролики игольчатые. Технические условия».