Проект грузового автомобиля-самосвала с колёсной формулой 6х6 с конструктивной разработкой элементов трансмиссии

Состав чертежей

1. Чертеж общего вида автомобиля Урал 55571-30 (формат А1)
2. Чертеж сборочный раздаточной коробки (формат А1)
3. Монтажный чертеж установки на раму (формат А1)
4. Плакат тягово-динамических графиков (формат А1)
5. Плакат маршрута технологического процесса обработки детали Вилка (формат А1)
6. Сборочный сравнительный раздаточной коробки до и после конструктивных изменений (формат А1)
7. Деталь фланец (формат А2)
8. Чертеж сборочный раздатки (формат А1)
9. Графики зависимости блокировки дифференциала от момента (формат А1)
10. Кинематическая схема автомобиля Урал 55571-30 (формат А1)
11. Лист экономического обоснования проекта (формат А1)

Описание

Целью разработанного дипломного проекта, является: Конструктивная разработка раздаточной коробки с самоблокирующимся дифференциалом повышенного трения и пневматическим включением узла отбора мощности автомобиля-самосвала «Урал 55571-30» с колёсной формулой 6х6.
В настоящей записке представлены — анализ существующих конструкций раздаточных коробок, обоснование Выбора разработанной для автомобиля раздаточной коробки, тяговый расчёт и расчёт деталей.

На основании анализа конструкций существующих раздаточных коробок предлагаю для автомобиля-самосвала «Урал-55571-30» следующий вариант решения:
• Необходимое число выходных валов-2. В настоящее время для автомобилей 6×6 все чаще стали применять привод заднего моста тележки от промежуточного моста. При такой схеме привода раздаточная коробка должна иметь только два выходных вала.
• Тип привода – дифференциальный. Это объясняется тем, что для данного автомобиля привод к переднему мосту предназначен не только для повышения проходимости, но и для постоянного использования сцепного веса, приходящегося на переднюю ось, для разгрузки заднего моста и увеличения удельной силы тяги на ведущих колесах.
• Межосевой дифференциал — конический несимметричный самоблокирующийся. Его применение обусловлено неодинаковой вертикальной нагрузкой на ведущие мосты автомобиля.

• Узел отбора мощности — на входном валу на противоположном входу торце. Это обеспечит минимальные потери при отборе мощности, однако ухудшит условия смазывания верхнего вала, что потребует установки масляного насоса.
• Приводы включения муфт — пневматические.
• Схема коробки — трехосная. Так как по условиям размещения карданных валов расстояние между осями валов раздаточной коробки должно быть относительно велико. Трёхвальная схема при прочих равных условиях даёт более компактную конструкцию в поперечном сечении.
• Направление вращения валов — одинаковое. Эту конструктивную особенность также обеспечивает трёхвальная схема раздаточной коробки.
В конструкторской части были проведены расчёты проектируемых узлов и разработаны чертежи конструктивного исполнения.

По результатам тягового расчета автомобиля-самосвала «Урал-55571-30» и скоростной характеристики дизеля, нами построены тяговая характеристика автомобиля-самосвала «Урал-55571-30» и скоростная характеристика дизеля
Также в проекте отображается технологический процесс изготовления одной из деталей разработанного узла, дано экономическое обоснование проекта, его безопасность и экологичность.
В конце пояснительной записки даётся краткое заключение о проделанной работе.

Создание и последующее развитие полноприводных автомобилей обусловлены необходимостью осуществления транспортных перевозок в плохих дорожных условиях, а также в условиях, где использование автомобилей обычных конструкций неэффективно или вообще невозможно.
Колесные машины с наибольшим эффектом используются на грунтовых дорогах с низкими сцепными свойствами и малой несущей способностью, где они могут двигаться с высокими средними скоростями, обеспечивая при необходимости буксировку прицепов достаточно большой массы.
Немаловажное влияние на надёжность трансмиссии и проходимость колёсной машины оказывает раздаточная коробка. Этот агрегат должен способствовать распределению крутящего момента таким образом, чтобы проходимость автомобиля была наилучшей, увеличивать силу тяги на ведущих колёсах при движении в тяжелых дорожных условиях, содействовать уменьшению габаритов коробки перемены передач и главной передачи.
Целью разработанной дипломной работы, является:
Конструктивная разработка раздаточной коробки с самоблокирующимся дифференциалом повышенного трения и пневматическим включением узла отбора мощности автомобиля-самосвала «Урал 55571-30» с колёсной формулой 6х6.
Кинематическая схема — Плакат до и после

На основании анализа конструкций существующих раздаточных коробок предлагаю для автомобиля-самосвала «Урал-55571-30» следующий вариант решения:
• Необходимое число выходных валов-2. В настоящее время для автомобилей 6×6 все чаще стали применять привод заднего моста тележки от промежуточного моста. При такой схеме привода раздаточная коробка должна иметь только два выходных вала.
• Тип привода – дифференциальный. Это объясняется тем, что для данного автомобиля привод к переднему мосту предназначен не только для повышения проходимости, но и для постоянного использования сцепного веса, приходящегося на переднюю ось, для разгрузки заднего моста и увеличения удельной силы тяги на ведущих колесах.
• Межосевой дифференциал — конический несимметричный самоблокирующийся. Его применение обусловлено неодинаковой вертикальной нагрузкой на ведущие мосты автомобиля.
• Узел отбора мощности — на входном валу на противоположном входу торце. Это обеспечит минимальные потери при отборе мощности, однако ухудшит условия смазывания верхнего вала, что потребует установки масляного насоса.
• Приводы включения муфт — пневматические.
• Схема коробки — трехосная. Так как по условиям размещения карданных валов расстояние между осями валов раздаточной коробки должно быть относительно велико. Трёхвальная схема при прочих равных условиях даёт более компактную конструкцию в поперечном сечении.
• Направление вращения валов — одинаковое. Эту конструктивную особенность также обеспечивает трёхвальная схема раздаточной коробки.

конструкторская часть. — В конструкторской части были проведены расчёты проектируемых узлов и разработаны чертежи конструктивного исполнения.
По результатам тягового расчета автомобиля-самосвала «Урал-55571-30» и скоростной характеристики дизеля, нами построены тяговая характеристика автомобиля-самосвала «Урал-55571-30» и скоростная характеристика дизеля

На плакатах №5, №6 проекта, показана – Деталировка деталей раздаточной коробки
— вал промежуточный
— фланец
На слайде приведена – Технологическая карта технологического процесса изготовления вилки отбора мощности с указаниями наименований технологических операции, эскизами обработки, и применяемыми оборудованиями и приспособлениями.

На слайде №4 приведены результаты экономических показателей эффективности проекта, за расчётный период 4 года которые показывают:
-Чистый доход составил=985783руб.
-Коэффициент доходности=13%
-Срок окупаемости состовляет – 1,2 лет.
В разделах безопасности жизнедеятельности и охраны окружающей среды были рассмотрены требования к безопасности автомобиля, на котором используется разрабатываемый агрегат и экологические требования к машиностроительному заводу на котором этот агрегат будет производиться.

ВЫВОД
В результате проделанной работы были решены поставленные задачи. Из анализа конструкций выбрана раздаточная коробка, выполненная по трёх вальной схеме с несимметричным самоблокирующимся дифференциалом. В соответствии с кинематической схемой подобраны передаточные числа трансмиссии и выполнен тяговый расчёт.
В конструкторской части были проведены расчёты проектируемых узлов и разработаны чертежи конструктивного исполнения. В соответствии с заданием была разработана технология изготовления одной из деталей. В экономической части был определён доход предприятия от внедрения вновь разрабатываемого узла, были определены затраты на проектирование.
В разделе “Безопасность и экологичность проекта” были рассмотрены требования к безопасности автомобиля, на котором используется разрабатываемый агрегат и экологические требования к машиностроительному заводу на котором этот агрегат будет производиться
Разработанная мною раздаточная коробка имеет ряд преимуществ перед ранее устанавливаемой, обладает всеми заданными качествами и отвечает всем требованиям экологичности и безопасности.

пример текста из дипломной работы:

Автомобиль самосвал УРАЛ 55571-30 предназначен для перевозки насыпных и навалочных грузов по всем видам дорог

Исходные данные для тягово-динамического расчета

Весовые параметры
Снаряженная масса, кг	10 900
Полная масса, кг	21125
Масса перевозимого груза, кг	10 000
Распределение нагрузки снаряженного автомобиля: передняя ось, кг	4 970
задняя тележка, кг
Распределение нагрузки при полной массе передняя ось, кг
задняя тележка, кг	5 930
Распределение нагрузки при полной массе передняя ось, кг	5185
задняя тележка, кг	10 940
Двигатель
Модель	ЯМЗ-238М2
Номинальная мощность, кВт (л. с) при 2100 мин’	176 (240)
Максимальный крутящий момент мин’ Нм (кГсм)	883(90)
Минимально устойчивая частота вращения	800
Минимальный удельный расход топлива г/кВтхч	218
Трансмиссия
Коробка передач механическая пятиступенчатая синхронизаторами на 2,3,4,5 передачах
Передаточные числа ·                    первой передачи	6,390
·                    второй передачи	3.650
·                    третьей передачи	2,230
·                    четвёртой передачи	1,420
·                    пятой передачи	1,00
Главная передача — двойная, пара конических шестерен со спиральным зубом и пара цилиндрических косозубых шестерен
Передаточное число главной передачи	7,32
Раздаточная коробка-
Повышенная передача	1,210
пониженная передача	2,150
Шины
Модель	ИД-П284
Размер	1260×500-508
Статический радиус, м	0,488
Другие данные.
КПД трансмиссии	0,914
коэффициент аэродинамического сопротивления	Сх = 0,8
коэффициент дорожного сопротивления	=0,018
колея автомобиля в,м	2,0
высота автомобиля Н,м	3,150
коэффициент сцепления с опорной поверхностью,	0,4

2.2.Внешняя скоростная характеристика двигателя

Внешняя скоростная характеристика двигателя — это график зависимости мощности и момента двигателя от числа оборотов коленчатого вала на установившемся режиме работы двигателя. Кривую эффективной мощности N_е= f(n_e) строим по эмпирической формуле

где Ne — мощность двигателя, кВт;

А1 = 0,87; А2 = 1,13-коэффициенты, характеризующие тип двигателя внутреннего сгорания

n_e — частота движения двигателя, об/мин

Кривая крутящего момента М_е =f (n_e) строим по формуле

Где М_{е –} крутящий момент двигателя, Н·_М

Расчеты эффективной мощности и момента двигателя в зависимости от оборотов приведены в таблице 2.

Таблица 2

п, мин’	N2 кВт	Ме Н м
800	62,106	741,341
1200	103,650	824,822
1300	113,894	836,618
1450	128,688	847,507
1600	142,457	850,229
1750	154,815	844,784
1900	165,377	831,173
2000	171,230	817,562
2100	176,000	800,322

Тяговая характеристика автомобиля

Тяговой характеристикой автомобиля называют график зависимости силы тяги на колесах автомобиля от скорости движения на различных передачах P_k = f (U_a)

Силу тяги определяем по формуле:

где — P_k сила тяги на колесах автомобиля, Н_;

— КПД трансмиссии;

Г_k — динамический радиус колеса;

i _mp — передаточное число трансмиссии

i _mp = i_кп·i_рк ·i_гп                                          

где — i_кп — передаточное число коробки передач;

i _гп — передаточное число главной передачи;

i_рк — передаточное число раздаточной коробки.

Скорость автомобиля U_а, м/с определим по формуле

Таблица 3 — Расчет силы тяги на колесах при повышенной передаче в раздаточной

Первая передача		Вторая передача		Третья передача		Четвертая передача		Пятая передача
Ua,м/с	Рk,кН	Ua,м/с	Рk, кН	Ua,м/с	Рk,кН	Ua,м/с	Рk, кН	Ua,м/с	Рk,кН
0,663	78,739	1,161	44,976	1,900	27,478	2,984	17,497	4,237	12,322
0,995	87,606	1,741	50,041	2,850	30,573	4,476	19,468	6,356	13,709
1,078	88,859	1,887	50,756	3,088	31,010	4,849	19,746	6,886	13,906
1,202	90,015	2,104	51,417	3,444	31,414	5,409	20,003	7,680	14,087
1,326	90,305	2,322	51,582	3,800	31,514	5,968	20,067	8,475	14,132
1,451	89,726	2,540	51,252	4,157	31,313	6,528	19,939	9,269	14,041
1,575	88,281	2,757	50,426	4,513	30,808	7,087	19,618	10,064	13,815
1,658	86,835	2,902	49,600	4,750	30,304	7,460	19,296	10,594	13,589
1,741	85,004	3,047	48,554	4,988	29,665	7,833	18,889	11,123	13,302
0,663	78,739	1,161	44,976	1,900	27,478	2,984	17,497	4,237	12,322
0,995	87,606	1,741	50,041	2,850	30,573	4,476	19,468	6,356	13,709
1,078	88,859	1,887	50,756	3,088	31,010	4,849	19,746	6,886	13,906

Таблица 4 — Расчет силы тяги на колесах при пониженной передаче в раздаточной коробке

Первая передача		Вторая передача		Третья передача		Четвертая передача		Пятая передача
Ua,м/с	Рk,кН	Ua,м/с	Рk, кН	Ua,м/с	Рk,кН	Ua,м/с	Рk, кН	Ua,м/с	Рk,кН
0,373	139,909	0,653	79,917	1,069	48,826	1,679	31,091	2,385	21,895
0,560	155,664	0,980	88,916	1,604	54,324	2,519	34,592	3,577	24,360
0,606	157,890	1,062	90,187	1,738	55,101	2,729	35,086	3,875	24,709
0,676	159,945	1184	91,361	1,938	55,818	3044	35,543	4,322	25,030
0,676	160,459	1,307	91,655	2,139	55,997	3,359	35,657	4,770	25,111
0,816	159,431	1,429	91,068	2,339	55,639	3,674	35,429	5,217	24,950
0,886	156,863	1,552	89,601	2,540	54,742	3,989	34,858	5,664	24,548
0,933	154,294	1,633	88,133	2,674	53,846 ‘	4,199	34,287	5,962	24,146
0,980	151,040	1715	86,275	2,807	52,710 ‘	4,408	33,564	6,260	23,637

Динамическая характеристика автомобиля

Динамический фактор

Динамической характеристикой называют график зависимости динамического фактора D от скорости движения на различных передачах. Динамическим фактором автомобиля называют отношение разности силы тяги на колёсах и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:

где D- динамический фактор автомобиля;

P_w — сила сопротивления воздуха, Н

где- р плотность воздуха, 1,25 кг/м²—

F_a— площадь лобовой поверхности, 5,783 м²

В таблице 5 и 6 представлен расчет динамического фактора а также силы сопротивления воздушного потока при повышенной и пониженной передаче в раздаточной коробке соответственно

Таблица 5

Первая передача		Вторая передача		Третья передача		Четвертая передача		Пятая передача
PW H	D	PW H	D	PW H	D	PW H	D	PW H	D
1,272	0,384	3,897	0,219	10,441	0,134	25,750	0,085	51,922	0,060
2,861	0,427	8,769	0,244	23,492	0,149	57,937	0,095	116,825	0,066
3,358	0,433	10,291	0,248	27,571	0,151	67,996	0,096	137,107	0,067
4,177	0,439	12,803	0,251	34,300	0,153	84,593	0,097	170,573	0,068
5,086	0,440	15,589	0,252	41,764	0,154	103,000	0,097	207,689	0,068
6,085	0,438	18,649	0,250	49,962	0,152	123,218	0,097	248,456	0,067
7,173	0,431	21,983	0,246	58,894	0,150	145,246	0,095	292,874	0,066
7.948	0,423	24,358	0,242	65,257	0,147 —	160,937	0,093	324,514	0,065
8,762	0,415	26,855	0,237	71,945	0,144	177,433	0,091	357,777	0,063

Таблица 6

Первая передача		Вторая передача		Третья передача		Четвертая передача		Пятая передача
PW H	D	PW H	D	PW H	D	PW H	D	PW H	D
0,403	0,682	1,234	0,390	3,307	0,238	8,156	0,152	16,446	0,107
0,906	0,759	2,777	0,434	7,441	0,265	18,351	0,169	37,002	0,119
1,064	0,770	3,260	0,440	8,733	0,269	21,537	0,171	43,426	0,120
1,323	0,780	4,055	0,446	10,864	0,272	26,793	0,173	54,026	0,122
1,611	0,783	4,938	0,447	13,228	0,273	32,624	0,174	65,782	0,122
1,927	0,778	5,907	0,444	15,825	0,271	39,027	0,173	78,694	0,121
2,272	0,765	6,963	0,437	18,654	0,267	46,004	0,170	92,763	0,119
2,517	0,753	7,715	0,430	20,669	0,263	50,974	0,167	102,784	0,117
2,775	0,737	8,506	0,421	22,787	0,257	56,199	0,163	113,320	0,115

Ускорение автомобиля

Ускорение автомобиля на разных передачах определяем по формуле:

где j ускорение автомобиля м/с²;

— коэффициент дорожного сопротивления;

— коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс автомобиля;

расчет ускорения автомобиля на всех передачах коробка передач а также на всех передачах раздаточной коробки приведены в таблице № 7.

Таблица 7

Первая передача		Вторая передача		Третья передача		Четвёртая передача		Пятая передача
j выс рк, м/с2	j нис рк, м/с2	j выс рк, м/с2	j нис рк, м/с2	j выс рк, м/с2	j нис рк, м/с2	j выс рк, м/с2	j нис рк, м/с2	j выс рк, м/с2	j нис рк, м/с2
1,343	2,438	1256	2,319	0,918	1,743	0,588	1,170	0,380	0,806
1,502	2,720	1410	2,592	1,037	1,955	0,671	1,319	0,439	0,914
1,524	2,760	1431	2,631	1,054	1,985	0,683	1,340	0,446	0,929
1,545	2,797	1451	2,667	1,069	2,013	0,693	1,359	0,453	0,943
1,550	2,806	1456	2,676	1,073	2,020	0,695	1,363	0,453	0,946
1,540	2,787	1446	2,658	1,065	2,006	0,688	1,353	0,448	0,938
1,514	2,741	1421	2,613	1,045	1,971	0,674	1,329	0,436	0,920
1,488	2,695	1396	2,568	1,025	1,936	0,659	1,304	0,424	0,902
1,455	2.,637	1336	2,512	1,000	1,892	0,641	1,273	0,410	0,879

 Время и путь разгона автомобиля

Время и путь разгона определяем графоаналитическим способом. Кривую ускорений разбиваем на ряд отрезков и считаем, что в каждом интервале скорости автомобиль разгоняется с постоянным ускорением.

где  — среднее ускорение в выбранном интервале скоростей, м/с²;

j_i и j_{i + 1}— ускорения, соответственно, в начале и конце выбранного интервала скоростей, м./с²;

i — номер рассматриваемого интервала

При изменении скорости, например, от и, до и_И среднее ускорение можно рассчитать также по формуле:

где t_i — время разгона автомобиля в интервале скоростей от U_i, до U_i+1

Из формулы (х) находим время разгона в i-м интервале скоростей

Тогда общее время разгона автомобиля можно определить как

где t — время разгона автомобиля в интервале скоростей от U_I до U_i+1.

n — количество интервалов.

При расчёте пути разгона приближённо считаем, что в каждом интервале изменения скорости автомобиль движется равномерно со средней скоростью U_ср которая определяется по формуле:

U_ср =0,5(U_i +U_i+1)_;

где U_ср — средняя скорость в интервале от U₁, до U_i+1 м/с

Исходя из этого допущения путь разгона в интервале скоростей от U₁, до U_i+1 можно определить как^:

S_i=U_cp·  t_i

где S_i — путь, пройденный автомобилем за время t, м

Тогда общий путь разгона автомобиля за время t определяется по формуле

где S- общий путь разгона, пройденный за время t, м

При разгоне с места отсчет ведём от скорости, соответствующей минимально устойчивому числу оборотов коленчатого вала двигателя.

По мере приближения скорости автомобиля к максимальной, ускорение приближается к нулю. Это означает, что время разгона автомобиля до максимальной скорости, определяемое пересечением кривой ускорения с осью абсцисс, теоретически бесконечно велико. Однако разгон становится практически не ощутим при скорости автомобиля, равной 0,9+0,95 U_max

Поэтому время и путь разгона определяются обычно до скорости на 5 ÷10 % меньше максимальной.

Таблица 8 — Время и путь разгона

Uср м/с	JСР м/с	t, c	S, м
0,85	1,655	0,17	0,147
1,5	1,64	0,61	0,915
2,5	1,57	0,64	1,6
3,5	1,47	0,68	2,38
4,5	1,075	0,93	4,185
5,5	1,045	0,96	5,28
6,5	0,975	1,03	6,695
7,5	0,68	1,47	11,025
8,5	0,66	1,52	12,92
9,5	0,635	1,57	14,915
10,5	0,595	1,68	17,64

Время разгона до максимальной скорости

Путь, пройденный автомобилем за время разгона

Топливно-экономический расчет

Удельный эффективный расход топлива определим при помощи эмпирической формулы Лейдермана

где эмпирические коэффициенты Лейдермана,

1,55; Во= 1,55; Со = 1

Путевой расход топлива Q_s,  л/100 км найдем по формуле:

Таблица 9 — Топливно-экономический расчет

n, мин1	qe, г/кВmxч
		первая передача	вторая передача	третья передача	четвертая передача	пятая передача
800	239,8	32,566	32,589	32,647	32,782	33,013
1200	515,6	32,580	32,632	32,762	33,066	33,585
1300	212,3	32,584	32,646	32,798	33,155	33,764
1450	209,4	32,584	32,668	32,857	33,301	34,059
1600	209,0	32,600	32,692	32,923	33,463	34,387
1750	211,1	32,608	32,719	32,995	33,642	34,746
1900	215,6	32,618	32,749	33,074	33,836	35,138
2000	220,0	32,625	32,770	33,130	33,974	35,417
2100	225,5	32,632	32,792	33,189	34,120	35,711

Все приведенные выше расчеты проиллюстрированы графиками на плакатах

3. Конструкторская разработка. расчёт узлов

3.1. Определение нагрузочного режима трансмиссии

• Выбор нагрузочного режима для расчёта на выносливость состоит в определении следующих параметров
  • Расчётного крутящего момента М_Р:
  • Расчетных оборотов п_р;
  • Расчётного эквивалентного пробега S_э,
• Исходя из условий эксплуатации автомобиля «Урал-55571-30» было принято, что из 150 тыс. км общего пробега до капитального ремонта 125 тыс км автомобиль работает на повышающей передаче в раздаточной коробке и с использованием всех пяти передач коробки перемены передач. Средняя техническая скорость движения при этом 40 км/ч. Остальные 25 тыс. км автомобиль работает на низшей передаче в раздаточной коробке и с использованием только первых трех передач коробки перемены передач. Средняя техническая скорость при этом 15 км/ч.
• Определение расчетного крутящего момента. При механических трансмиссиях за расчётный принимается меньший из двух крутящих моментов, или момент, определенный по максимальному моменту двигателя Ма, или момент Му, определённый по сцепному весу автомобиля. При определении расчётного крутящего момента на первичном валу коробки передач для расчёта коробки передач и раздаточной коробки момент по сцепному весу определяемся по полному весу автомобиля при коэффициенте у=0.6. Коэффициент 0.6 учитывает меньшее сцепление колёс с дорогой при движении автомобиля в условиях бездорожья.
• Определение расчетных оборотов. Расчётные обороты определялись исходя из средней технической скорости движения автомобиля.
• Распределение действительного пробега по передачам переднего хода производилось по графику, приведённому в нормали “Проектирование и расчет зубчатых колес автомобилей” в зависимости от расчетного удельного усилия и средней технической скорости движения автомобиля. В качестве расчётного пробега принят эквивалентный пробег, т.е. пробег на расчётном крутящем моменте, при котором износоусталостные явления одинаковые о действительными при действии переменных моментов в течение действительного пробега. Коэффициенты пробега К и К при расчете зубьев на выносливость по напряжениям изгиба и по контактным напряжениям определялись по графику приведённому в нормали.