m – масса детали, кг,
с – удельная теплоемкость стали (с = 500 дж/кг×град),
k - коэффициент теплоотдачи
= поверхность охлаждения нагреваемых деталей, ; - разность между температурой нагреваемых деталей кардана и температурой окружающего воздуха ;
dt –прирост температуры нагреваемых деталей карданного шарнира.
Определение площади поверхности охлаждения нагреваемых деталей карданного шарнира ЗИЛ-130.
Площади отдельных элементов карданного шарнира определяются по размерам, приведенным на рис.18.
Внешняя щека вилки Внутренняя щека вилки
Ѕ площади крестовины Ѕ боковой щеки вилки
Рис.18. К определению площади боковой поверхности
нагреваемых деталей карданного шарнира.
S внешней щеки = 0,0037 м2,
S внутренней щеки = 0,0019 м2,
R-радиус подшипника = 0,0195 м
S половины боковой щеки = 0,0017 м2,
S половины поверхности крестовины = 0,0033 м2,
S всей поверхности крестовины = 0,0066 м2,
S - общая площадь охлаждения деталей карданного шарнира = 4S щеки внешн. + 4(S щеки внутр. -
)+ боков. щеки + S крестовины = 0,043 м2.Плотность стали – 7,8×10-3кг/м3.
Масса крестовины mк = 569 г.
V щеки вилки =
;см. рис.8.Масса одной щеки
Общая масса: крестовины + 4 щеки вилки = 3,285 кг.
L – мощность подводимая к карданному шарниру.
где: m - коэффициент трения между шипом и вилкой m = 0,03,
R - расстояние от оси вращения вилки до точки приложения силы R =0,0475м,
d1 – диаметр шипа крестовины d1 = 0,025м,
g - угол наклона между валами g = 40,
Мm – 82 кгс×м при n = 1700 об/мин.
Нагрев карданного шарнира определяется по формуле:
,где:
Зависимость температуры нагреваемых деталей карданного шарнира от времени работы представлена в таблице
Время работы карданного шарнира, сек | t - нагрев карданного шарнира,С0 |
0 | 0 |
10 | 0,56 |
60 | 3,26 |
120 | 6,64 |
180 | 10,2 |
240 | 12,9 |
600 | 26,6 |
960 | 33,4 |
1440 | 43,8 |
2880 | 53,4 |
4320 | 55,4 |
14400 | 55,8 |
Рис.19.Зависимость разности
между температуройнагреваемых деталей кардана Т1 и температурой окружающего
воздуха Т2от времени работы карданного шарнира.
2.9.Материал деталей карданной передачи автомобиля ЗИЛ-130
Карданные валы – Сталь20;труба, волоченая из холоднокатаной ленты (ТУ 1046-62); твердость HRC 80-100.
Вилка кардана (приварная) – Сталь35(ГОСТ 1050-60);твердость НВ 207-241.
Фланец-вилка – Сталь35(ГОСТ 1050-60);твердость НВ 217-255.
Крестовина кардана – Сталь 20ХГНТР (ЧМТУ 22-58 ЦНИИЧМ); глубина нитроцементированного слоя шипов 1,1-1,5 мм; твердость поверхностного слоя HRC 60-65.
Скользящая вилка – Сталь 45 (ГОСТ 1050-60); глубина закаленного слоя 2-4 мм; твердость закаленного слоя HRC 42-56.
Шлицевая втулка промежуточного карданного вала. Сталь 40Х(ГОСТ 4543-61);твердость НВ 255-285.
Распорные втулки подшипника опоры промежуточного вала – Сталь 45 (ГОСТ 1050-60); глубина закаленного слоя 1,5-3 мм; твердость HRC 45-56.
Передняя и задняя крышки подшипника опоры промежуточного вала – Сталь 08, лист толщиной 1 мм (ГОСТ 3680-57 и ГОСТ 914 56).
Выводы
Произведя проверочный расчет карданной передачи автомобиля ЗИЛ-130 на возможность передачи возросшего на 100% крутящего момента, можно сделать вывод, что данная карданная передача полностью не удовлетворяет возросшим требованиям. Для устранения возникших недостатков требуется усиление некоторых деталей карданной передачи:
1. максимальное напряжение кручения превышает допустимое на 15%, угол закручивания превышает на 50% - это можно устранить, увеличив наружный и внутренний диаметры вала приблизительно на 10% (при сохранении пропорции ё
);2. сила, действующая на шип крестовины, вызывает напряжение смятия на 30% превышающее допустимое – это можно устранить двумя путями:
а) путем применения более прочного материала, но этот способ менее предпочтителен, так как рассчитываемая крестовина изготовляется из высоколегированной стали с последующей термохимической обработкой и поэтому применение более дорогих сталей приведет к существенному подорожанию детали;
б) путем увеличения диаметра и длины шипа.
3. наибольшее результирующее напряжение в точках 1 и 3 вилки кардана превышает допустимое на 53% это можно устранить путем применения более прочного материала или увеличением размеров a и b.
4. интенсивный нагрев шарнира потребует применения более термостойкой смазки.
Литература:
1. Я.Э.Малаховский, А.А.Ленин, Н.К.Веденеев. Карданные передачи. М., 1962 г.
2. В.В.Осепчугов, А.К.Фрумкин. Автомобиль. Анализ конструкции, элементы расчета. М., "Машиностроение"; 1989 г.
3. Н.А.Бухарин, В.С.Прозоров, М.М.Щукин. Автомобили. Л.; "Машиностроение", 1973 г.
4. А.А.Звягин, П.А.Кравченко. Проектирование автомобиля, часть 3. Л.,ЛИСИ, 1973 г.