Silniční vozidla

Zadání:               Návrh  konstrukce  převodovky  automobilu

Úkol:

1) Základní výpočet převodovky a volba vhodného motoru

2) Návrh převodovky

3) Výpočet pevnosti hřídelů převodovky

4) Sestrojení pilového diagramu navrhované převodovky(teoretického a skutečného)

5)Výrobní výkres sestavení

Základní údaje:

            1) Druh převodovky:  2 hřídelová 6-ti rychlostní

            2) Celková tíha automobilu:  56600  [N] 

            3) Největší požadovaná rychlost jízdy :   110   [km/h] 

            4) Největší požadovaná stoupavost :   38   [%] 

Základní výpočet převodovky

Odpor valení  

O_j = 56600 * 0,02

O_j = 1132 N

Tvarový součinitel karoserie

Cx= 0,7

Čelní plocha automobilu

Sx = 4 * 3

Sx = 12 m² 

Odpor vzduchu

Ov=0,6 ^* S ^* c_{x *} v²

Ov=0,6 * 12 * 0,4 * 30,6²

O_v=2697 N

Účinnost převodového ústrojí

x=v * Fk / Pe * 1000

x=30,6 * 3829 / 130 * 1000

x=0,9 

Síla na kolech 

Fk=O_φ+O_v

Fk=1132+2697

Fk=3829 N

Efektivní výkon

Pe=(Fk٠v_max) ÷ (1000٠x)

Pe=(3829 ^* 30,6) ÷ (1000 ^* 0,9)

Pe=130 KW

Skutečný výkon motoru

Ps=Pe / x

Ps=130 / 0,9

Ps=144 KW

Motor-výkon 144 KW při  3000  ot/min

Nejmenší převodový poměr

i_min = 2*p*rd*n max/ vmax

i_min = 2* 3,14* 0,4* 50/30,6 

i_min = 4,1

i_min = i_n° . i_r  =>  i_6° =

i_6° = 4,1/4,1

i_6° = 1

Největší převodový poměr

a) odpor stoupání

tga=s/100

tga=38/100

a= 20°48´

Os= G* sina

Os= 56600*0,36

Os=20376 N

                  b) Největší převodový poměr

F_k2 = Os+Oj  = 20376 + 1132 = 21508

P_em= F_k* v_M/ 1000*z_c

v_M= P_em*1000*z_c /F_k

v_M =130*1000*0,9/21508

v_M =5,4 m/s

i_max = 2 * 3,14 * 0,4 * 50 / 5,4

i_max = 46,5

i_max = i_max / ir

i_max = 23,3 / 4,1

i_max = 5,6

Výpočet jednotlivých rychlostních stupňů

 i₁°/i_n°=q^n-1Þ _i1°/i_n°=q⁵= 5,6/1 =5,6 Þ q =1,4

i_1°= i_2°* q Þ i_2°= i_1°/q=5,6/1,4=4

i_2°= i_3°*q Þ i_3°= i_2°/q = 4/1,4 = 2,86

i_3°= i_4°*q Þ i_4°= i_3°/q= 2,86 /1,4= 2

i_4°=i_5°*q Þ i_5°=i_4°*q= 2/ 1,4= 1,43

i_5°=i_6°*q Þ i_6°= i_5°/ q =1,43/1,4 = 1

Výpočet řadících otáček

q=n_max/n_rad Þ n_rad =n_max/q = 3000/1,4 = 2143

Celkový převodový poměr na jednotlivé rychlostní stupně

  i_c1°= ir * i_1°* i_st = 4,1 * 5,6 * 0,9 = 20,7 

  i_c2°= ir * i_2°* i_st = 4,1 * 4 * 0,9 = 14,8

  i_c3°= ir * i_3°* i_st = 4,1 * 2,86 * 0,9 = 10,6

  i_c4°= ir * i_4°* i_st = 4,1 * 2 * 0,9 = 7,4

  i_c5°= ir * i_5°* i_st = 4,1 * 1,43 * 0,9 = 5,3

  i_c6°= ir * i_6° = 4,1 * 1  = 4,1

Výpočet rychlosti na jednotlivé rychlostní stupně

 ic = 2 * p * rd *n_m  /v

 v = 2 * p * rd *n_m  /i_c

 v_1°= 2 * p * rd * n_m  /i_c1° = 2 * p * 0,4 * 50 /20,7 = 6 m/s

 v_2°= 2 * p * rd * n_m  /i_c2°= 2 * p * 0,4 * 50 /14,8 = 8,5 m/s

 v_3°=2 * p * rd * n_m  /i_c3°= 2 * p * 0,4 * 50 /10,6 = 11,9 m/s

 v_4°= 2 * p * rd * n_m  /i_c3°= 2 * p * 0,4 * 50 /7,4 = 16,98m/s

 v_5°= 2 * p * rd * n_m  /i_c3°= 2 * p * 0,4 * 50 /5,3 = 23,7 m/s

 v_6°= 2*p * rd * n_m  /i_c3°= 2 * p * 0,4 * 50 / 4,1 = 30,6 m/s

Výpočet počtu zubů jednotlivých ozubených kol

Celkový počet zubu v soukolí je 114 

1°)  i_1°= 5,6 = Z2/ Z1 =86/28 Þ Z1=17

     Z2=97 

2°) i_2°= 4 = Z2/ Z1 = 80/34Þ  Z1=23

                                                    Z2=91 

3°) i_{3 °} =2,86 = Z2 / Z1 =75/39 Þ   Z1=30

                                                    Z2=84 

4°) i_4°=2= Z2/ Z1 =69/45Þ     Z1=38

                                                     Z2=76 

5°)  i_5°=1,43= Z2/ Z1 =63/51Þ   Z1=47

                                                     Z2=67 

6°) i_6°= 1 =  přímý záběr

Výpočet ozubených kol

                        roztečná, patní a hlavová kružnice

modul zubu  m=2

Výpočet průměru roztečné, patní a hlavové kružnice

C_a = 0,25 . m = 0,25 . 2 = 0,5 mm

h_h = m = 2 mm

h_p = m + C_a = 0,5 + 2 = 2,5 mm

h = 4,5 mm

1)      rychlostní stupeň

D₁ = Z₁ . m = 17 . 2 = 34mm

D₂ = Z₂ . m = 97 . 2 = 194 mm

D_1p = D₁ – (2 . h_p)   = 34-5 = 29 mm

D_2p = D₂ – (2 . h_p)   = 194-5 = 189 mm

D_1h = D₁ + (2 . h_h)   = 34+4 = 38mm

D_2h = D₂ + (2 . h_h)   = 194+4= 198mm

        2. rychlostní stupeň

D₃ = Z₃ . m =23. 2 = 46 mm

D₄ = Z₄ . m = 91.2 = 182 mm

D_3p = D₃ – (2 . h_p) = 46-5 = 41 mm

D_4p = D₄ – (2 . h_p) = 182-5 = 177 mm

D_3h = D₃ + (2 . h_h) = 46+4 = 50 mm

D_4h = D₄ + (2 . h_h) = 182+4 = 186 mm

                3. rychlostní stupeň

D₅ = Z₅ . m = 30.2 = 60 mm

D₆ = Z₆ . m = 84.2 = 168 mm

D_5p = D₅ – (2 . h_p) = 60-5 = 55 mm

D_6p = D₆ – (2 . h_p) = 168-5 = 163 mm

D_5h = D₅ + (2 . h_h) = 60+4 =64 mm

D_6h = D₆ + (2 . h_h) = 168+4 = 172mm

4. rychlostní stupeň

D₇ = Z₇ . m = 38.2 =76 mm

D₈ = Z₈ . m = 76.2 = 152 mm

                  D_7p = D₇ – (2 . h_p) = 76-5 = 71 mm

D_8p = D₈ – (2 . h_p) = 152-5 = 147 mm

D_7h = D₇ + (2 . h_h) = 76+4 = 80 mm

D_8h = D₈ + (2 . h_h) = 152+4 = 156 mm

5. rychlostní stupeň

D₉ = Z₉ .m = 47.2 = 94mm

D₁₀ = Z₁₀ .m =67.2 = 134mm

D_9p = D₉ – (2 . h_p) = 94-5 = 89 mm

D_10p = D₁₀ – (2 . h_p) = 134-5 = 129 mm

D_9h = D₉ + (2 . h_h) = 94+4 = 98 mm

D_10h = D₁₀ + (2 . h_h) = 134+4 = 138 mm

6. rychlostní stupeň

D₁₁ = Z₁₁ .m = 57.2 = 114mm

D₁₂ = Z₁₂ .m = 57.2 = 114mm

D_11p = D₁₁ – (2 . h_p) = 114-5 = 109 mm

D_12p = D₁₂ – (2 . h_p) = 114-5= 109 mm

D_11h = D₁₁ + (2 . h_h) = 114+4 = 118 mm

D_12h = D₁₂ + (2 . h_h) = 114+4 = 118 mm

Zpětný chod

D_Z1 = Z_Z1 . m = 20.2 = 40 mm

D_Z2 = Z_Z2 . m = 70.2= 140 mm

D_Z1p = D_Z1 – (2 . h_p) = 40-5 = 35 mm

D_Z2p = D_Z2 – (2 . h_p) = 140-5 = 135 mm

D_Z1h = D_Z1 + (2 . h_h) = 40+4 = 44 mm

D_Z2h = D_Z2 + (2 . h_h) = 140+4 = 144 mm

D_Z3 = Z_Z3 . m = 20.2 = 40 mm

D_Z3p = D_Z3 – (2 . h_p) = 40 – 5 = 35 mm

D_Z3h = D_Z3 + (2 . h_h) = 40 + 4 = 44 mm

-vzdálenost os hřídelů „a“

     a = D1 + D2 / 2  = 34+194 / 2 = 131 mm

-Sestrojení pilového diagramu navrhované převodovky -(viz. Příloha č. 1 a 2)

-Výrobní výkres sestavení převodovky  -(viz Příloha č.3)

Seznam použitých symbolů

O_j … odpor valení [N] 

c_x … tvarový součinitel karoserie

r_v … hustota vzduchu [^kg/_m3] 

S_x … čelní plocha automobilu [m²] 

h … výška čelní plochy automobilu [m] 

a … šířka čelní plochy automobilu [m] 

p … dynamický tlak vzduchu [^N/_m2] 

v … rychlost automobilu [^m/_s] 

g … tíhové zrychlení [^m/_s2] 

O_v … odpor vzduchu [N] 

P_e … efektivní výkon motoru [kW] 

P_j … výkon potřebný na překonání odporu valení kol [kW] 

P_v … výkon potřebný na překonání odporu valení kol [kW] 

F_k1 … síla na kolech při překonání odporu vzduchu a valení kol [N] 

x_c … celková účinnost

r_d … dynamický poloměr kola [m] 

n_max … maximální otáčky motoru [s^-1] 

i_min … minimální převodový poměr

s … stoupavost automobilu

a … podélný sklon vozovky

O_s … odpor stoupání [N] 

G … celková tíha automobilu [N] 

F_k2 … síla na kolech při překonání odporu stoupání a valení kol [N] 

P_{em …} výkon motoru při max. hnacím momentu [kW] 

v_m … max. rychlost automobilu při stoupání [^m/_s] 

V_m … max. rychlost automobilu při stoupání [^km/_h] 

i_max … maximální převodový poměr

i_r … převodový poměr v rozvodovce

Z₁, Z₃, Z₅, Z₇ … hnací ozubená kola jednotlivých soukolí

Z₂, Z₄, Z₆, Z₈  … hnaná ozubená kola jednotlivých soukolí