Раздаточные коробки

5.1. Вопросы, решаемые в ходе выполнения курсового проекта

5.1.1. Назначение раздаточных коробок, требования, предъявляемые к ним, и их классификация с кратким критическим анализом.

5.1.2. Обосновать принятую схему коробки передач (количество и расположение валов, тип расположения и фиксацию подшипников, способ переключения передач и др.) и начертить кинематическую схему коробки.

5.1.3. Определить передаточные числа раздаточной коробки.

5.1.4. Определить крутящие моменты на всех валах раздаточной коробки при обеих передаточных числах коробки.

5.1.5. Определить основные конструктивные параметры основных деталей раздаточной коробки (межосевые расстояния, диаметры валов, модуль зубчатого зацепления).

5.1.6. Выполнить кинематический и силовой расчеты зубчатых зацеплений второй передачи, рассчитать их на прочность. Сконструировать в деталях зубчатое колесо.

5.1.7. Выполнить расчет на жесткость одного из валов раздаточной коробки. Сконструировать в деталях рассчитанный вал.

5.1.8. Выполнить расчет и выбор подшипников раздаточной коробки.

5.1.9. Рассчитать на прочность зубчатую муфту раздаточной коробки (если их несколько, то одну из них). Детально сконструировать каретку переключения.

5.1.10. Выполнить согласно ЕСКД сборочный чертеж раздаточной коробки в двух видах (продольный разрез и вид с торца). Кроме габаритных, установочных и присоединительных размеров, на сборочном чертеже необходимо указать расчетные размеры основных деталей. Необходимо также выполнить лист деталировки, на котором вычертить рабочие чертежи сконструированных деталей.

5.2. Назначение, требования к конструкции и классификация

Раздаточные коробки служат для передачи и распределения крутящего момента нескольким ведущим мостам многоприводных автомобилей.

К конструкции раздаточных коробок предъявляются следующие требования.

1. Распределение крутящего момента между ведущими мостами должно обеспечить высокую проходимость автомобиля при одновременном исключении циркуляции мощности.

2. Увеличение тяговых усилий на ведущих колесах для преодоления повышенных сопротивлений при движении по разбитым дорогам и бездорожью.

3. Возможность движения автомобиля с минимальной скоростью ( =2,5…5,0 км/ч) при работе двигателя на режиме с максимальным моментом.

Раздаточные коробки могут быть выполнены по двум принципиально различным схемам: коробки с блокированным приводом на ведущие мосты и коробки с осевым дифференциальным приводом на ведущие мосты. Последние применяются для полноприводных автомобилей с постоянно включенным передним мостом (ВАЗ-2121 “Нива”) и для автомобилей, главным образом, образом тяжелых (“УРАЛ”, МАЗ, КамАЗ, КрАЗ), у которых передний мост выполнен ведущим не только для повышения проходимости на грунтовых и скользких дорогах, но и для повышения реализуемой силы тяги на дорогах с твердым покрытием.

Особенностью коробки с блокированным приводом является то, что в ней крутящие моменты распределяются по ведущим мостам пропорционально приложенным к этим мостам сопротивлениям движению. При равных значениях коэффициентов сопротивления движению колес ведущих мостов это значит, что распределение крутящих моментов по ведущим мостам происходит пропорционально их весовым нагрузкам.

В коробке с идеальным дифференциальным приводом соотношение между передаваемым на ведущие мосты крутящими моментами равно внутреннему передаточному числу дифференциального механизма . Симметричный дифференциальный механизм передает на ведущие мосты равные крутящие моменты (КрАЗ-214, ВАЗ-2121 “Нива”) - =1. Несимметричные дифференциальные механизмы раздаточных коробок автомобилей выполняются в большинстве случаев с внутреннним передаточным числом (МАЗ-501, Урал-375) и распределяют крутящий момент в следующей пропорции: на передний мост –1/3, на задний или на задние мосты –2/3. Это достигается выбором соотношения между диаметрами коронного и солнечного зубчатых колес, равного 2. Дифференциальные приводы выполняют с возможностью их блокирования с помощью зубчатых муфт для повышения проходимости автомобиля.

Крутящий момент с ведущего вала раздаточной коробки на ведомые может передаваться через промежуточный вал (ГАЗ-66, УАЗ-469, УРАЛ-375, МАЗ-501, КамАЗ-4310, автомобили КрАЗ), а также без его использования (ЗИЛ-131, “Магирус”). В последнем случае коробка имеет более высокий КПД.

5.3. Методические указания и справочные данные

В большинстве случаев раздаточные коробки выполняются двухступенчатыми. Передаточное число первой передачи выбирают из условия обеспечения минимальной скорости движения автомобиля при максимальном крутящем моменте двигателя, что необходимо при движении по грунтам с малой несущей способностью

,

где -частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальном крутящем моменте, мин ; - минимальная скорость движения полноприводного автомобиля, =0,75…1,5 м/c (2,5…5 км/ч).

Передаточное число второй передачи выбирается равным 1…1,3.

Основные конструктивные параметры раздаточных коробок передач (межосевое расстояние, модуль, диаметры валов и др.)могут определяться по тем же формулам, что и для основной коробки передач. Так, ориентировочное значение межосевого расстояния определяется по формуле

,

где - эмпирический коэффициент, для раздаточных коробок, .

Для уточнения конструктивных параметров используют графические зависимости межосевого расстояния , модуля m и диаметров валов d от максимального передаваемого крутящего момента по двигателю или по сцеплению ведущих колес с дорогой . Максимальный крутящий момент по двигателю на входном валу раздаточной коробки определяется исходя из максимального значения крутящего момента двигателя в предположении, что в основной коробке передач включена первая передача. Максимальный крутящий момент по сцеплению ведущих колес с (шин) автомобиля с дорогой при расчетном коэффициенте сцепления .

Расчетный момент на i -ом ведомом валу коробки определяется по формуле

, (5.1)

где -суммарная нагрузка, приходящаяся на колеса i -го ведущего моста, Н.

Расчетный момент на ведущем валу коробки с блокированным приводом определяется по формуле

, (5.2)

где - передаточное число второй передачи раздаточной коробки.

В раздаточной коробке с дифференциальным приводом момент на валу дифференциала

, (5.3)

где - внутреннее передаточное число межосевого дифференциала.

Момент на ведущем валу этой коробки определяется по формуле

. (5.4)

Межосевое расстояние выбирают по графику, изображенному на рис.5.1. Данный параметр выбирают для наиболее нагруженной пары зубчатых колес по крутящему моменту на ведомом колесе этой пары.

Значительный разброс значений межосевых расстояний при одинаковом значении крутящего момента объясняется различиями в планируемой длительности работы на низшей ступени – при ее увеличении межцентровое расстояние увеличивается. Межцентровое расстояние увеличивается также в раздаточных коробках с дифференциальным приводом с учетом условия размещения межосевого дифференциала.

Модуль зубчатого зацепления раздаточной коробки выбирают в зависимости от максимального крутящего момента на ее ведущем валу по графику, изображенному на рис.5.2. Как правило, модуль берется равным для всех зубчатых зацеплений коробки. Значения модулей в раздаточных коробках в среднем на 15%…20% больше, чем в коробках передач тех же автомобилей. Угол наклона зубьев находится в тех же пределах, которые характерны для коробок передач. Коэффициент рабочей ширины венца зубчатых колес принимают в пределах - для автомобилей малой грузоподъемности и - для остальных.

Диаметры ведущего и ведомого вала выбирают в зависимости от передаваемого крутящего момента по графикам, изображенным на рис.5.3. При назначении диаметров валов в зоне опоры учитывают условия унификации подшипников и приводных фланцев.

На прочность детали раздаточных коробок рассчитываются также как и основных коробок передач. Отличие заключается только в определении расчетных нагрузок и выборе допустимых напряжений в деталях раздаточной коробки. Расчетные значения крутящих моментов определяются по формулам (5.1)-(5.4).

Детали раздаточной коробки работают больше времени под нагрузкой, чем такие же детали основной коробки. Поэтому допустимые напряжения при их работе следует выбрать примерно на 20% меньше допустимых напряжений аналогичных деталей основной коробки.

Материал валов: сталь 40Х, 40ХНМА, 30ХГТ; термообработка HRC 40…50.

Материал зубчатых колес: стали 40Х, 30ХГТ, 12Х2НЧА; термообработка HRC 50…60 на поверхности зубьев.

При расчете подшипников раздаточной коробки эквивалентная частота вращения ведущего вала

,

где - средняя частота вращения коленчатого вала двигателя, ; - доля продолжительности использования -й передачи основной коробки передач на протяжении всего периода эксплуатации; - передаточное число -й передачи основной коробки.

Эквивалентная частота вращения ведомых валов раздаточной коробки

,

где - доля продолжительности использования соответственно 1-й и 2-й передач раздаточной коробки; обычно принимают ; .

Относительные коэффициенты частоты вращения подшипника на разных передачах, используемые для установления эквивалентной нагрузки на подшипник

ведущего вала ;

ведомых валов .