Помощь студентам в учебе
Разработка трансмиссии легкорамного автомобиля «Сержант 2»
|
Введение 6
1 Технико-экономическое обоснование объекта дипломного
проектирования 9
1.1 Описание существующих конструкций автомобиля 9
1.2 Назначение и требования, предъявляемые к коробке передач 14
1.3 Конструктивные особенности коробок передач различных видов 20
1.4 Обзор и анализ конструкций разрабатываемой коробки передач 24
1.5 Обоснование и описание выбранного варианта 27
2 Тяговый расчет транспортного средства 28
2.1 Исходные данные 28
2.2 Определение параметров автомобиля 28
2.3 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя 29
2.4 Определение передаточного числа главной передачи 32
2.5 Определение передаточных чисел коробки передач 32
2.6 Тяговый баланс автомобиля 33
2.6.1 I передача 33
2.6.2 II передача 38
2.6.3 III передача 42
2.6.4 IV передача 45
2.6.5 V передача 48
2.7 Время и путь разгона автомобиля 51
2.8 Мощностной баланс автомобиля 54
2.9 Топливно-экономическая характеристика транспортного средства 55
3 Конструкторский раздел. Расчет разрабатываемой коробки передач 57
3.1 Исходные данные 57
3.2 Определение межосевого расстояния между шестернями коробки 57
3.3 Определение рабочей ширины зубчатых венцов 58
3.4 Определение нормального модуля зубчатых колес 58
3.5 Определение угла наклона линии зубьев 58
3.6 Определение окружного модуля зубчатого зацепления 59
3.7 Определение числа зубьев 60
3.8 Определение диаметров шестерни и колеса 61
3.9 Расчет зубчатого зацепления I передачи 63
3.9.1 Проверка зубьев на контактную прочность 63
3.9.2 Проверка зубьев на изгибную прочность 64
3.10 Расчет сил действующих в зацеплении 65
3.11 Определение долговечности подшипников 67
4 Охрана труда и безопасность объекта дипломного проектирования 70
4.1 Аспекты безопасности водителя и пассажиров для городского
автомобиля 70
4.1.1 Активная безопасность 70
4.1.2 Пассивная безопасность 71
4.2 Проверка эффективности системы пассивной безопасности 73
4.3 Стандарты проведения краш-тестов 75
5 Экономический раздел дипломного проекта 78
Заключение 85
Список используемых источников 88
Приложение А Графики тягового расчета
1 Технико-экономическое обоснование объекта дипломного
проектирования 9
1.1 Описание существующих конструкций автомобиля 9
1.2 Назначение и требования, предъявляемые к коробке передач 14
1.3 Конструктивные особенности коробок передач различных видов 20
1.4 Обзор и анализ конструкций разрабатываемой коробки передач 24
1.5 Обоснование и описание выбранного варианта 27
2 Тяговый расчет транспортного средства 28
2.1 Исходные данные 28
2.2 Определение параметров автомобиля 28
2.3 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя 29
2.4 Определение передаточного числа главной передачи 32
2.5 Определение передаточных чисел коробки передач 32
2.6 Тяговый баланс автомобиля 33
2.6.1 I передача 33
2.6.2 II передача 38
2.6.3 III передача 42
2.6.4 IV передача 45
2.6.5 V передача 48
2.7 Время и путь разгона автомобиля 51
2.8 Мощностной баланс автомобиля 54
2.9 Топливно-экономическая характеристика транспортного средства 55
3 Конструкторский раздел. Расчет разрабатываемой коробки передач 57
3.1 Исходные данные 57
3.2 Определение межосевого расстояния между шестернями коробки 57
3.3 Определение рабочей ширины зубчатых венцов 58
3.4 Определение нормального модуля зубчатых колес 58
3.5 Определение угла наклона линии зубьев 58
3.6 Определение окружного модуля зубчатого зацепления 59
3.7 Определение числа зубьев 60
3.8 Определение диаметров шестерни и колеса 61
3.9 Расчет зубчатого зацепления I передачи 63
3.9.1 Проверка зубьев на контактную прочность 63
3.9.2 Проверка зубьев на изгибную прочность 64
3.10 Расчет сил действующих в зацеплении 65
3.11 Определение долговечности подшипников 67
4 Охрана труда и безопасность объекта дипломного проектирования 70
4.1 Аспекты безопасности водителя и пассажиров для городского
автомобиля 70
4.1.1 Активная безопасность 70
4.1.2 Пассивная безопасность 71
4.2 Проверка эффективности системы пассивной безопасности 73
4.3 Стандарты проведения краш-тестов 75
5 Экономический раздел дипломного проекта 78
Заключение 85
Список используемых источников 88
Приложение А Графики тягового расчета
Целью дипломного проектирования, как заключительного этапа обучения студента в высшем учебном заведении, является определение степени подготовки студента к самостоятельной работе, а также, способен ли он применить полученные в процессе обучения знания при решении конкретных производственных, технических, технологических, научных и экономических задач в условиях современного производства.
Тематика дипломных проектов должна быть актуальной, соответствующей современному состоянию и перспективам развития науки и техники, направленной на решение приоритетных задач автомобилестроения.
Темой данной дипломной работы является «Разработка трансмиссии легкорамного автомобиля «Сержант 2». В данной работе была произведена разработка конструкции коробки передач внедорожного транспортного средства, в соответствии с техническими условиями на проектирование конструкций подобного вида.
«На современном этапе автомобилестроение является одной из важнейших отраслей в промышленности как развитых, так и развивающихся стран. Состояние рынка легковых автомобилей является одним из самых ярких индикаторов уровня экономического развития государства, инновационного потенциала экономики, а также состояние его потребительского сегмента. Автомобиль представляет собой высокотехнологичный и инновационный продукт, аккумулирующий новейшие достижения науки и техники и стимулирующий их развитие через целевые научно-технические исследования.» [1]
«Актуальность рассматриваемой темы заключается в том, что в настоящее время автомобилестроению принадлежит самая ведущая роль в развитии и машиностроения вообще, и транспортного машиностроения в частности. Автомобильная промышленность мира - это емкий и весьма значительный сектор мировой экономики и международного бизнеса, ведь это не только собственно автомобили, но и разнообразные товары по обслуживанию автомобиля, а также, в значительной мере, рынок производства и продажи автозапчастей. Рынок автомобилей имеет ряд смежных рынков и отраслей: от наиболее тесно прилегающих (рынка деталей и блоков автомобилей и нефтедобывающей промышленности) до менее очевидных (строительство дорог, производство аксессуаров для автомобилей и т.п.). Автомобиль обеспечивает высокую мобильность человека, эффективность труда, определяет современный образ жизни общества. Он является показателем уровня обеспеченности материальными средствами как отдельного человека (его владельца), так и общества или государства в целом (в данном случае речь идет об автообеспеченности населения страны).» [3]
Актуальность темы обусловлена тенденцией к расширению функционала транспортных средств. Одним из методов является создание дополнительных устройств, существенно расширяющих функциональные возможности. Одним из таких устройств будет являться устройство легкорамного транспортного средства, предназначенного для эксплуатации в условиях бездорожья. в соответствии со спецификой применения данного транспортного средства, а также учитывая особенности конструкции самого транспортного средства, требуется внести изменения в трансмиссию, для того, чтобы конструкция максимально соответствовала условиям эксплуатации.
Разрабатываемая конструкция коробки передач на базе серийно производимого агрегата предполагается к использованию на специальном автомобиле, предназначенном для эксплуатации в условиях бездорожья, выполненном на пространственной раме и получившем наименование на этапе разработки «Сержант 2». Конструкция коробки передач, рассматриваемая в рамках дипломной работы, конструируется на базе стандартных комплектующих, используемых при производстве автомобилей ВАЗ и транспортных систем на их основе, что, безусловно, будет являться технологичным решением, упрощающим производство разрабатываемого устройства. По сути проводимых работ, выполняемые действия больше соответствуют глубокой модернизации существующей конструкции коробки передач, используемой при производстве автомобиля ВАЗ-21214 и автомобиля Lada Niva Travel.
Также необходимо произвести подбор технологического оборудования для производства и сборки тормозной системы в условиях мелкосерийного производства. Данное задание соответствует компетенциям, которые должен продемонстрировать обучающийся по направлению подготовки 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства».
«Целью технической части проекта являлось разработка конкурентно способной модели тормозной системы транспортного средства повышенной проходимости, основываясь на ранее выпущенных аналогах.
В конструкторском разделе, основываясь на аналогах зарубежных фирм в конструкторской части, были решены вопросы: сделать конструкцию устройства тормозной системы более простым в производстве с целью его удешевления.» [1]
Основываясь на российском аналоге производимого штучно внедорожных транспортных средств на основе легковых автомобилей, была разработана конструкция устройства тормозной системы, на основе деталей и компонентов, используемых в серийном производстве, но с учетом полученного в ходе разработок подобного рода устройств опыта.
Для разрабатываемой конструкции тормозной системы автомобиля «Сержант 2» произведена глубокая проработка требований к безопасности проведения работ по проектированию и испытаниям разработанной конструкции.
Тематика дипломных проектов должна быть актуальной, соответствующей современному состоянию и перспективам развития науки и техники, направленной на решение приоритетных задач автомобилестроения.
Темой данной дипломной работы является «Разработка трансмиссии легкорамного автомобиля «Сержант 2». В данной работе была произведена разработка конструкции коробки передач внедорожного транспортного средства, в соответствии с техническими условиями на проектирование конструкций подобного вида.
«На современном этапе автомобилестроение является одной из важнейших отраслей в промышленности как развитых, так и развивающихся стран. Состояние рынка легковых автомобилей является одним из самых ярких индикаторов уровня экономического развития государства, инновационного потенциала экономики, а также состояние его потребительского сегмента. Автомобиль представляет собой высокотехнологичный и инновационный продукт, аккумулирующий новейшие достижения науки и техники и стимулирующий их развитие через целевые научно-технические исследования.» [1]
«Актуальность рассматриваемой темы заключается в том, что в настоящее время автомобилестроению принадлежит самая ведущая роль в развитии и машиностроения вообще, и транспортного машиностроения в частности. Автомобильная промышленность мира - это емкий и весьма значительный сектор мировой экономики и международного бизнеса, ведь это не только собственно автомобили, но и разнообразные товары по обслуживанию автомобиля, а также, в значительной мере, рынок производства и продажи автозапчастей. Рынок автомобилей имеет ряд смежных рынков и отраслей: от наиболее тесно прилегающих (рынка деталей и блоков автомобилей и нефтедобывающей промышленности) до менее очевидных (строительство дорог, производство аксессуаров для автомобилей и т.п.). Автомобиль обеспечивает высокую мобильность человека, эффективность труда, определяет современный образ жизни общества. Он является показателем уровня обеспеченности материальными средствами как отдельного человека (его владельца), так и общества или государства в целом (в данном случае речь идет об автообеспеченности населения страны).» [3]
Актуальность темы обусловлена тенденцией к расширению функционала транспортных средств. Одним из методов является создание дополнительных устройств, существенно расширяющих функциональные возможности. Одним из таких устройств будет являться устройство легкорамного транспортного средства, предназначенного для эксплуатации в условиях бездорожья. в соответствии со спецификой применения данного транспортного средства, а также учитывая особенности конструкции самого транспортного средства, требуется внести изменения в трансмиссию, для того, чтобы конструкция максимально соответствовала условиям эксплуатации.
Разрабатываемая конструкция коробки передач на базе серийно производимого агрегата предполагается к использованию на специальном автомобиле, предназначенном для эксплуатации в условиях бездорожья, выполненном на пространственной раме и получившем наименование на этапе разработки «Сержант 2». Конструкция коробки передач, рассматриваемая в рамках дипломной работы, конструируется на базе стандартных комплектующих, используемых при производстве автомобилей ВАЗ и транспортных систем на их основе, что, безусловно, будет являться технологичным решением, упрощающим производство разрабатываемого устройства. По сути проводимых работ, выполняемые действия больше соответствуют глубокой модернизации существующей конструкции коробки передач, используемой при производстве автомобиля ВАЗ-21214 и автомобиля Lada Niva Travel.
Также необходимо произвести подбор технологического оборудования для производства и сборки тормозной системы в условиях мелкосерийного производства. Данное задание соответствует компетенциям, которые должен продемонстрировать обучающийся по направлению подготовки 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства».
«Целью технической части проекта являлось разработка конкурентно способной модели тормозной системы транспортного средства повышенной проходимости, основываясь на ранее выпущенных аналогах.
В конструкторском разделе, основываясь на аналогах зарубежных фирм в конструкторской части, были решены вопросы: сделать конструкцию устройства тормозной системы более простым в производстве с целью его удешевления.» [1]
Основываясь на российском аналоге производимого штучно внедорожных транспортных средств на основе легковых автомобилей, была разработана конструкция устройства тормозной системы, на основе деталей и компонентов, используемых в серийном производстве, но с учетом полученного в ходе разработок подобного рода устройств опыта.
Для разрабатываемой конструкции тормозной системы автомобиля «Сержант 2» произведена глубокая проработка требований к безопасности проведения работ по проектированию и испытаниям разработанной конструкции.
В ходе выполнения дипломного проекта был спроектирован узел трансмиссии легкового автомобиля повышенной проходимости «Сержант 2». Для выполнения данного расчета исходным материалом был конструктивный прототип автомобиля, рабочие параметры которого близки к исходным данным, указанным в задании.
Для автомобиля, который выступил в качестве базового прототипа, был выбран автомобиль-прототип ВАЗ-21214. Выбор обусловлен тем, что проектируемое транспортное средство построено на узлах и агрегатах именно этого автомобиля По указанным в задании параметрам был произведен расчет.
В разделе "Определение массовых показателей и параметров автомобиля и двигателя" была рассчитана полная масса автомобиля, которая составила 1635 кг. Также были определены компоновочные схемы. При разработке данной схемы прежде всего было определено общее количество осей автомобиля и количество ведущих осей, исходя из назначения и условий эксплуатации и ориентируясь на существующие конструкции. В нашем случае автомобиль полноприводный, двухосный.
Определили нагрузки на каждую из осей автомобиля: на переднюю ось - 752,1 кг, на заднюю ось - 882,9 кг. Базу автомобиля приняли 2,200 м, как в прототипе конструкции.
Выбор шин производился по средней нагрузке на колесо 4384,3 Н. Подбор шин производился по ГОСТ 4754-80 «Шины пневматические для легковых автомобилей».
Из стандарта были выбраны шины со следующими параметрами:
- обозначение шины: 195/80 R16.
- внутренний диаметр шины d = 410 мм.
- статический радиус rcm = 330 мм.
- допустимая скорость движения Vmax. = 120 км / ч.
В разделе "Построение внешней скоростной характеристики двигателя, было выполнено определение параметров трансмиссии, построение силового баланса автомобиля" прежде всего определили мощность Nt двигателя, необходимую для движения полностью загруженого автомобиля с постоянной максимальной скоростью Vmax в заданных дорожных условиях. Значение Nt = 71 кВт, Vmax = 120 км / ч.
Была рассчитана и построена внешняя скоростная характеристика двигателя, которая является зависимостью эффективной мощности Ne, момента Ме, удельного ge и почасовой GTрасхода топлива от числа оборотов ne коленчатого вала двигателя при полной нагрузке. По данной внешней скоростной характеристикой максимальный эффективный момент Ме = 181,6 Н • м достигается при оборотах коленчатого вала n = 2400 мин-1. Максимальные обороты коленчатого вала nmax= 5000 мин-1
Также расчетом были определены передаточные числа трансмиссии автомобиля.
По прототипом принята механическая, 5-ступенчатая коробку передач.
Передаточное число главной передачи i0определена при условии обеспечения заданной максимальной скорости автомобиля Vmax при принятом значении nmax. Значение i0= 3,9.
Передаточные числа КПП: 1-я передача и1 = 2,17; 2-я передача и2 = 1,89; 3-я передача и 3 = 1,17; 4-передача и 4 = 1,0, 5-передача = 0,87
При решении задач, связанных с определением динамических свойств автомобиля были использованы его тяговые характеристики. При этом использована внешнюю скоростную характеристику двигателя, построенной ранее.
Тяговая характеристика представляет собой графики зависимостей свободной силы (разница между силой тяги и силой сопротивления воздуха) от скорости движения автомобиля.
Для построения графиков силового баланса приняты расчеты для всех передач автомобиля. По показателям тяговой характеристики автомобиля был построен график силового баланса автомобиля. Наибольшее значение силы тяги на первой передаче, РТ = 6421.
В разделе "Расчет тягово-динамических характеристик автомобиля", динамическая характеристика была построена на основе тяговой характеристики автомобиля. Она является графиком зависимости динамического фактора D от скорости движения автомобиля V на всех передачах. Также, кроме динамической характеристики двигателя была рассчитана номограму нагрузок.
Чтобы оценить возможность работы автомобиля без буксования ведущих колес при различном загрузке автомобиля, сопоставил величины динамических факторов по условиям тяги D и сцепление Dp.
В конструкторском разделе работы были рассчитаны параметры зубчатого зацепления на передачах коробки. Именно конструктивные параметры зубчатого зацепления являются определяющими хараткристиками коробок передач. Были выполнены необходимые прочностные расчеты, основанные на параметрах зубчатого зацепления.
Был произведен анализ безопасности транспортного средства и определены аспекты его безопасной эксплуатации. Произведен анализ нормативных документов, регламентирующих безопасность транспортных средств.
Были рассчитаны экономические показатели эффективности проекта. Была рассчитана себестоимость изготовления коробки передач в условиях опытного производства.
На основании всего изложенного, считаем задачи, поставленные в рамках дипломного проекта полностью выполненными.
Для автомобиля, который выступил в качестве базового прототипа, был выбран автомобиль-прототип ВАЗ-21214. Выбор обусловлен тем, что проектируемое транспортное средство построено на узлах и агрегатах именно этого автомобиля По указанным в задании параметрам был произведен расчет.
В разделе "Определение массовых показателей и параметров автомобиля и двигателя" была рассчитана полная масса автомобиля, которая составила 1635 кг. Также были определены компоновочные схемы. При разработке данной схемы прежде всего было определено общее количество осей автомобиля и количество ведущих осей, исходя из назначения и условий эксплуатации и ориентируясь на существующие конструкции. В нашем случае автомобиль полноприводный, двухосный.
Определили нагрузки на каждую из осей автомобиля: на переднюю ось - 752,1 кг, на заднюю ось - 882,9 кг. Базу автомобиля приняли 2,200 м, как в прототипе конструкции.
Выбор шин производился по средней нагрузке на колесо 4384,3 Н. Подбор шин производился по ГОСТ 4754-80 «Шины пневматические для легковых автомобилей».
Из стандарта были выбраны шины со следующими параметрами:
- обозначение шины: 195/80 R16.
- внутренний диаметр шины d = 410 мм.
- статический радиус rcm = 330 мм.
- допустимая скорость движения Vmax. = 120 км / ч.
В разделе "Построение внешней скоростной характеристики двигателя, было выполнено определение параметров трансмиссии, построение силового баланса автомобиля" прежде всего определили мощность Nt двигателя, необходимую для движения полностью загруженого автомобиля с постоянной максимальной скоростью Vmax в заданных дорожных условиях. Значение Nt = 71 кВт, Vmax = 120 км / ч.
Была рассчитана и построена внешняя скоростная характеристика двигателя, которая является зависимостью эффективной мощности Ne, момента Ме, удельного ge и почасовой GTрасхода топлива от числа оборотов ne коленчатого вала двигателя при полной нагрузке. По данной внешней скоростной характеристикой максимальный эффективный момент Ме = 181,6 Н • м достигается при оборотах коленчатого вала n = 2400 мин-1. Максимальные обороты коленчатого вала nmax= 5000 мин-1
Также расчетом были определены передаточные числа трансмиссии автомобиля.
По прототипом принята механическая, 5-ступенчатая коробку передач.
Передаточное число главной передачи i0определена при условии обеспечения заданной максимальной скорости автомобиля Vmax при принятом значении nmax. Значение i0= 3,9.
Передаточные числа КПП: 1-я передача и1 = 2,17; 2-я передача и2 = 1,89; 3-я передача и 3 = 1,17; 4-передача и 4 = 1,0, 5-передача = 0,87
При решении задач, связанных с определением динамических свойств автомобиля были использованы его тяговые характеристики. При этом использована внешнюю скоростную характеристику двигателя, построенной ранее.
Тяговая характеристика представляет собой графики зависимостей свободной силы (разница между силой тяги и силой сопротивления воздуха) от скорости движения автомобиля.
Для построения графиков силового баланса приняты расчеты для всех передач автомобиля. По показателям тяговой характеристики автомобиля был построен график силового баланса автомобиля. Наибольшее значение силы тяги на первой передаче, РТ = 6421.
В разделе "Расчет тягово-динамических характеристик автомобиля", динамическая характеристика была построена на основе тяговой характеристики автомобиля. Она является графиком зависимости динамического фактора D от скорости движения автомобиля V на всех передачах. Также, кроме динамической характеристики двигателя была рассчитана номограму нагрузок.
Чтобы оценить возможность работы автомобиля без буксования ведущих колес при различном загрузке автомобиля, сопоставил величины динамических факторов по условиям тяги D и сцепление Dp.
В конструкторском разделе работы были рассчитаны параметры зубчатого зацепления на передачах коробки. Именно конструктивные параметры зубчатого зацепления являются определяющими хараткристиками коробок передач. Были выполнены необходимые прочностные расчеты, основанные на параметрах зубчатого зацепления.
Был произведен анализ безопасности транспортного средства и определены аспекты его безопасной эксплуатации. Произведен анализ нормативных документов, регламентирующих безопасность транспортных средств.
Были рассчитаны экономические показатели эффективности проекта. Была рассчитана себестоимость изготовления коробки передач в условиях опытного производства.
На основании всего изложенного, считаем задачи, поставленные в рамках дипломного проекта полностью выполненными.