ВВЕДЕНИЕ

Конструкции автомобилей непрерывно совершенствуются. Тенденции развития конструкций автомобилей обусловлены как экономическими, так и социальными факторами. Экономические факторы определяют тенденции повышения топливной экономичности, что в настоящее время стало одним из ведущих направлений развития современного автомобилестроения. Социальными причинами является повышение безопасности автомобиля и снижения токсичности выхлопных газов.
Для получения максимального экономического эффекта на автомобильном транспорте необходимо повысить эффективность применения автотранспортных средств (АТC). Кроме того, необходимо ускорить создание и внедрение передовой техники и технологии, развивать новые перспективные виды транспорта, повысить темпы обновления парка подвижного состава и других транспортных средств и средств обслуживания, укрепить материально-техническую и ремонтную базы, шире применять прогрессивные способы перевозки грузов (в контейнерах, в виде пакетов, и другие), поднять уровень механизации погрузочно-разгрузочных работ.
Как пример совершенствования грузового автомобиля, в этом дипломном проекте предложено использование более рациональной схемы тормозного привода, а для повышения эффективности использования автомобиля – увеличенная его грузоподъемность. Последнее, было учтено при выборе соответствующих параметров коробки передач.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ

3.1 Анализ конструкций коробок передач

Коробка передач предназначена для преобразования крутящего момента и частоты вращения, развиваемых коленчатым валом двигателя для получения различных тяговых усилий на ведущих колесах при трогании автомобиля с места и его разгоне, при движении автомобиля и преодолении различных дорожных препятствий. Необходимость преобразования определяется характером изменения крутящего момента ДВС, особенностью которого является относительно малая приспособляемость к изменениям внешней нагрузки. Коробка передач дает возможность двигаться с малыми скоростями, которые не могут быть обеспечены ДВС, коленчатый вал которого развивает минимально устойчивую частоту вращения 400 мин-1. Коробка передач должна обеспечить возможность движения задним ходом и длительное отсоединение двигателя от трансмиссии при его пуске, на стоянке или при движении автомобиля накатом.
Коробки передач по способу изменения передаточного числа подразделяют на ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные (рисунок 3.1.1).
Ступенчатые коробки передач по числу ступеней переднего хода делятся на трех-, четырех-, пяти- и многоступенчатые, а по положению осей – на коробки передач с неподвижными осями валов, с вращающимися осями валов (планетарные) и комбинированные. Коробки передач с неподвижными осями валов подразделяют на двух-, трех- и многовальные. По способу управления коробки передач могут быть с автоматическим, полуавтоматическим, дистанционным и непосредственным управлением.



Рисунок 3.1.1 – Классификация коробок передач

К коробкам передач предъявляют следующие требования:
– обеспечение оптимальных тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля при заданной внешней характеристике двигателя;
– создание условий для возможности длительного отсоединения двигателя от трансмиссии при нейтральном положении;
– бесшумность при работе и переключении передач;
– легкость управления;
– высокий КПД.
Кроме того, к коробкам передач предъявляют требования, общие для большинства механизмов автомобиля, – надежность работы, простота обслуживания, малые габаритные размеры и масса, а также невысокая стоимость.
Ступенчатые коробки передач имеют высокий КПД и при передаче полной мощности ?=0,96…0,98. Ступенчатые коробки передач отличаются простотой конструкции и меньшей стоимостью по сравнению с бесступенчатыми. Поэтому они получили широкое применение на автомобилях различных типов.
В соответствии с требованиями обеспечения необходимых динамических и экономических качеств автомобиля определяются диапазон передаточных чисел, число передач и передаточные числа.
Диапазон – это частное от деления передаточных чисел низшей и высшей передач. Чем разнообразнее дорожные условия, в которых будет работать автомобиль, и чем меньше удельная мощность двигателя, тем большим должен быть диапазон его коробки передач.
Диапазон современных коробок передач составляет 5,0—8,0 для грузовых автомобилей общего назначения.
В настоящее время обычно применяются коробки передач с числом ступеней от 5 до 10. Увеличение числа ступеней приводит к повышению степени использования мощности двигателя, топливной экономичности, средней скорости движения. С другой стороны, увеличение числа передач усложняет и утяжеляет конструкцию коробки передач; возрастают ее размеры, стоимость, усложняется управление.
При ручном механическом приводе быстрое и безошибочное пере-ключение более пяти передач на прямом ходу осуществлять трудно. Поэтому верхним пределом числа передач с ручным переключением принято считать пять передач. Дальнейшее повышение числа передач вызывает необходимость в усложнении привода или установке дополнительной коробки передач со своим независимым приводом, который используется только на определенных режимах движения. В ряде коробок передач легковых и грузовых автомобилей применяют ускоряющую передачу с передаточным числом, меньшим единицы (0,7—0,8), используемую на хороших дорогах и при порожних рейсах. Применение ускоряющей передачи позволяет полнее использовать мощность двигателя, снижает суммарное число оборотов коленчатого вала на 1 км пути, что способствует уменьшению износа двигателя и снижению расхода топлива. Однако применение в кинематической схеме коробки передач ускоряющей передачи приводит к уменьшению КПД по сравнению с коробками передач с высшей прямой передачей.
Основным преимуществом трехвальных коробок передач является наличие прямой передачи, получающейся непосредственным соединением первичного и вторичного валов. Зубчатые колеса, подшипники и промежуточный вал практически не воспринимают нагрузки, а первичный и вторичный валы передают только крутящий момент. В этом случае износ и уровень шума коробок передач минимальные. Другим преимуществом трехвальной конструкции коробки передач является относительная простота получения большого передаточного числа на первой передаче при малом межосевом расстоянии во время работы двух пар зубчатых колес, включенных последовательно. Недостатком таких коробок является некоторое снижение КПД на промежуточных передачах.
Двухвальные коробки передач имеют более простую конструкцию, низкий уровень шума и повышенный КПД на промежуточных передачах.
К недостаткам двухвальных коробок передач следует отнести отсутствие прямой передачи. Поэтому зубчатые колеса и подшипники на высшей передаче работают под нагрузкой, что приводит к дополнительному изнашиванию, повышению уровня шума.
Следует отметить значительные ограничения и в получении большого передаточного числа на низшей передаче (U1=4,0–4,5). Этот недостаток может быть устранен путем уменьшения передаточных чисел на высших передачах с одновременным увеличением передаточного числа главной передачи.
Развитие конструкций ступенчатых коробок передач идет по пути увеличения числа зубчатых колес постоянного зацепления, что дает возможность выполнять их косозубыми.
Косозубые зубчатые колеса долговечнее прямозубых; они имеют более низкий уровень шума. Несмотря на несколько большую сложность в изготовлении и наличие осевых сил при работе, косозубые зубчатые колеса практически вытеснили прямозубые, которые применяются лишь на низших передачах и при заднем ходе. Однако увеличение числа зубчатых колес постоянного зацепления приводит к возрастанию приведенного момента инерции коробки передач.
На рисунке 3.1.2, а, б даны схемы четырехступенчатых коробок передач с тремя и пятью рядами зубчатых колес постоянного зацепления для грузовых автомобилей. На рисунке 3.1.2, а зубчатые колеса передают нагрузки как при движении на первой передаче, так и при движении задним ходом, что увеличивает напряженность их работы. Кроме того, зубчатое колесо первой передачи на промежуточном валу подвержено двустороннему торцовому износу при переключении передач. В схеме на рисунке 3.1.2, б с пятью рядами зубчатых колес постоянного зацепления устранены торцовые износы. При этом распределение нагрузки на первой передаче и при движении задним ходом воспринимается разными зубчатыми колесами. Это повышает долговечность зубчатых колес. Однако в этом случае увеличены число зубчатых колес и приведенный момент инерции вращающих масс коробки передач, что ухудшает условия работы синхронизаторов. В данной коробке передач применено одновенцовое промежуточное зубчатое колесо, которое имеет неблагоприятный для работы знакопеременный симметричный цикл напряжений изгиба. Кроме того одновенцовое зубчатое колесо по сравнению с двухвенцовым блоком имеет меньшее значение передаточного числа заднего хода. Сравнивая схемы, приведенные на рисунке 3.1.2 в и г, следует отметить различное исполнение передач заднего хода. Наличие скользящего зубчатого колеса на вторичном валу, используемого на первой передаче и заднем ходу, повышает продолжительность его работы и приводит к снижению надежности. Такая особенность имеет значение для автомобилей с большой продолжительностью работы на этих передачах. Условия работы зубчатых пар заднего хода (рисунок 3.1.2 г) являются более благоприятными, что обусловлено установкой на вторичном валу зубчатого колеса большого размера.



Рисунок 3.1.2 – Схемы коробок передач грузовых автомобилей

На рисунке 3.1.2 д, е приведены схемы пятиступенчатых коробок передач с четырьмя вилками управления. Такие варианты связаны со стремлением сократить длину коробки передач (рисунок 3.1.2 д) или создать пятиступенчатую коробку передач на базе четырехступенчатой при наименьших ее изменениях (рисунок 3.1.2 е). При проектировании коробки передач большое значение имеют ее габаритные размеры и масса. Стремление уменьшить межосевое расстояние дает возможность получить малую массу, наименьшие окружные скорость зубчатых колес, что позволяет снизить уровень шума, динамические нагрузки и моменты инерции, а следовательно, облегчить управление автомобилем.
В настоящее время широкое распространение находят конструкции с применением внутреннего разделения потока мощности путем установки двух или трех промежуточных валов взамен одного с последующим объединением их на зубчатых колесах каждой передач. Однако отмеченные качества достигаются при усложнении конструкции, увеличении числа деталей и необходимости выравнивания распределения нагрузок, связанных с различными жесткостями в параллельных ветвях потока.
В передачах с постоянно зацепленными зубчатыми колесами при¬меняются синхронизаторы, которые создают лучшие условия для переключения передач, ускоряют процесс выравнивания угловых скоростей. На некоторых грузовых автомобилях с многоступенчатыми передачами применяются и зубчатые муфты. Коробки передач с зубчатыми муфтами более просты в изготовлении, имеют минимальные осевые размеры, меньшие массу и стоимость. Однако для их применения необходимы более легкие и стабильные условия эксплуатации автомобиля (движение на магистральных дорогах высокого качества, когда нет необходимости в частом переключении передач); квалификация водителей, работающих на таких автомобилях, должна быть более высокой.
Для эффективного использования автомобилей на дальних перевозках предусмотрены тяжелые автопоезда, удельная мощность которых по отношению к одиночным автомобилям меньшая. Снижение удельной мощности компенсируется уменьшением шага передаточных чисел, увеличением числа передач. В настоящее время применяются многоступенчатые коробки передач, состоящие из основной и дополнительной коробок, выполненных в одном агрегате. Дополнительный редуктор может быть установлен спереди основной коробки передач, он служит для деления интервалов между передачами основного ряда и называется делителем. Коробка передач с делителем позволяет получить удвоенное число передач при обеспечении высокого КПД, так как число пар зацеплений минимально и равно двум. Преимуществом коробок передач с передним делителем является значительная степень унификации, так как воз¬можно использовать основную коробку передач автономно. Делитель перед основной коробкой передач располагают в случаях, когда необходимо увеличить скорость (обычно для автомобилей, снабженных дизелями) или незначительно повысить тяговые усилия на колесах. В этом случае предусмотрены одна прямая передача и одна непрямая передача. Многоступенчатые коробки передач с задним расположением дополнительного редуктора применяют при необходимости обеспечения значительного повышения тяговых качеств на ведущих колесах. Заднее расположение дополнительного редуктора обусловливает возможность получения большого диапазона передаточных чисел. Дополнительные редукторы с неподвижными осями валов в многоступенчатых коробках передач имеют значительную массу. Этот недостаток можно устранить, если дополнительный редуктор выполнить в виде планетарного механизма.
Основным недостатком коробки передач с делителем, установленным перед коробкой передач, является необходимость иметь относительно большое межцентровое расстояние, так как на выходе основной коробки действует большой крутящий момент. При втором варианте межцентровое расстояние основной коробки передач небольшое из-за действия на выходе незначительного крутящего момента. Однако при этом снижается степень унификации, так как основная коробка передач имеет небольшой диапазон передаточных чисел и не может быть использована автономно без замены зубчатых колес для расширения диапазона.
Таким образом, исходя из проведенного выше анализа, принимаем схему проектируемой коробки передач, показанную на рисунке 3.1.2, г. Это позволит обеспечить малые габариты и массу, высокий срок службы, низкую стоимость и возможность последующей модификации.
3.2 Выбор основных параметров коробки передач

Выводы

Задания, которые ставились в квалификационной работе, выполнены полностью.
В результате самостоятельной аналитической и расчетно-графической деятельности полученные результаты, которые подтверждают правильность избранных направлений по усовершенствованию трансмиссии, а именно – коробки передач.
Спроектированный пневматической тормозной привод и барабанный механизм являются конкурентоспособными и могут получить воплощение на производстве.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Бухарин Н.А., Прозоров В.С., Щукин М.М. Автомобили. Конструкция, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля: учебное пособие для вузов. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1973. – 504 с.
2. Справочник технолога – машиностроителя. В 2-х т. Т 1/ Под ред. А.Г. Касиловой и Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1986. 656 с., ил.
3. Справочник технолога – машиностроителя. В 2-х т. Т 2/ Под ред. А.Г. Касиловой и Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1986. 496 с., ил.
4. Конструирование и расчет автомобиля: Учебник для студентов втузов, обучающихся по специальности «Автомобили и тракторы»/ П.П. Лукин, Г.А. Гаспарянц, В.Ф. Родионов. – М.: Машиностроение, 1984. – 376 с.
5. Устиненко В.Л., Киркач Н.Ф., Баласанян Р.А. – Основы проектирования деталей машин. – Харьков: Вища школа, изд-во при Харьк. ун-те, 1983. – 184 с.
6. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов - / В.Н. Кудрявцев, Ю.А. Державец, И.И. Арефьев и др. – Под общ. ред. В.Н. Кудрявцева. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. – 400 с.
7. Зубчатые передачи: Справочник - / Е.Г. Гинзбург, Н.Ф. Голованов, Н.Б. Фирун, Н.Т. Холебский: 2-е изд. перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. – 416 с.
8. Андрющенко В.М. Математические таблицы для расчета зубчатых передач. – М.: Машиностроение, 1980. – 438 с.
9. Пpоектиpование тpансмиссий автомобилей: Спpавочник./ Под общ. ред. А.И. Гpишкевича - М.: Машиностpоение, 1984 – 272 с.
10. Краткий автомобильный справочник/ А.И. Понизовкин, Ю.М. Власенко, М.Б.Ляликов и др. – М.: А.О. «ТРАНКОСАЛТИНГ». НИИАТ, 1994 – 779с.
11. Алёкса Н.Н., Федосов А.С. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине ”Автотранспортные средства” (раздел “Определение основных параметров проектируемого автотранспортного средства (автомобиля)”) ХАДИ Харьков, 1990. – 32 с.
12. Шепеленко И.Г. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине автомобили “Проектирование и расчёт коробки передач” для студентов специальности „Автомобили и автомобильное хазяйство”, ХАДИ Харьков.
13. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
14. Охрана труда в машиностроении. Под ред. Юдина Е.Я. и Белова С.В. М., Машиностроение, 1983, 432с.
15. ГОСТ 12.1.004-91.ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. Госкомитет по стандартам. - М., 1992.
16. ГОСТ 12.4.009-83.ССБТ. Пожарная техника для защиты объектов. Основные виды. Размещение и обслуживание. Госкомитет по стандартам. - М., 1986.
17. Справочник конструктора–машиностроителя: в 3-х том./ Под. ред. В.И. Анурьев. Машиностроение. 1992 – 72 с.
18. Устройство автомобиля: Учебник для учащихся автотранспортных техникумов Е.Я. Тур, К.Б. Серебряков, Л.А. Жолобов – М.: Машиностроение, 1990 – 352 с. ил.