Описание
В дипломной работе были разработаны блокировка дифференциала и подвеска на пневмоэлементах транспортного средства высокой проходимости на базе автомобиля УАЗ. Были улучшены показатели опорно-сцепной проходимости, а так же удобство использования и комфорт по отношению к водителю. Данное транспортное средство будет актуально для использования в сельской местности и районах со слаборазвитой дорожной сетью.
Проект прорабатывался в ряде разделов, в числе которых:
- Введение, постановка проблемы;
- Анализ существующих конструкций и обоснование выбора конкретной конструкции;
- Расчет эксплуатационных свойств автомобиля;
- Ряд конструкторских расчетов;
- Разработка технологического процесса сборки заднего моста;
- Рассмотрен раздел безопасности жизнедеятельности на рабочем месте;
- Экономическое обоснование проекта;
- Заключение, подведение итогов.
В дипломной работе рассмотрено повышение опорно-сцепной проходимости автомобилей УАЗ с проектной разработкой задней пневматической подвески. Выполнен обзор существующих конструкций дифференциалов с рассмотрением блокировок, выполнен выбор блокировки межколёсных дифференциалов.
В ходе расчёта эксплуатационных свойств определена потребная мощность двигателя. Рассчитаны и построены внешняя скоростная характеристика двигателя, тяговая и динамическая характеристики. Представлены таблицы расчётов и графики характеристик. Выполнены расчёты ускорений и времени разгона с построением графика разгонной характеристики.
В конструкторской части выполнен проверочный расчёт главной передачи с определением коэффициентов пробега на различных передачах. Рассчитаны напряжения изгиба. Определена контактная напряженность активных поверхностей зубьев. Представлены таблица результатов расчёта на прочность по изгибным и контактным напряжениям сателлитов дифференциала и расчётная схема действующих на сателлиты сил. Выполнен расчёт полуосей моста. Произведены проверочные расчёты большого и малого дифференциальных подшипников. В ходе расчёта штифтовой муфты выполнен расчёт на смятие штифтов и расчёт шлицевого соединения.
Во избежание продольно-угловых колебаний кузова выполнено согласование передней и задней подвесок. Представлена схема сил задней подвески УАЗ. Рассчитаны поперечный и продольный наклоны кузова. В ходе выполнения кинематического анализа представлена кинематическая схема проектируемого автомобиля. Выполнены расчёты упругого пневмоэлемента подвески и направляющего устройства задней подвески. Выполнены расчёты деталей задней подвески: верхней реактивной тяги, тяги Панара, нижних рычагов, сайлент-блоков рычагов. Произведён расчёт амортизатора.
В технологической части выпускной квалификационной работы рассмотрена технология сборки проектируемого заднего ведущего моста автомобиля УАЗ-Патриот. Выбраны необходимые инструменты и приспособления. Определён порядок сборки дифференциала, моста. Основное отличие по сборке проектируемого моста от базового заключено в установке штифтовой муфты блокировки дифференциала и её привода.
В разделе безопасности жизнедеятельности ВКР представлена характеристика рабочего места слесаря-сборщика. Рассмотрены требования к микроклимату, запылённости и загазованности. Выполнен расчёт естественного и искусственного освещения. Рекомендованы методы защиты от шума и вибрации. Представлены требования техники безопасности производственного процесса сборки заднего моста. Рассмотрены вопросы электробезопасности, защиты в чрезвычайных ситуациях, пожарной безопасности.
В экономической части рассчитаны суммы капитальных вложений и текущих затрат. Представлены таблицы: затрат на опытно-конструкторские разработки, проектной себестоимости конструктивного элемента, показателей экономической эффективности, преимуществ проектного варианта.
Отрывок из диплома:
Выбор блокировок межколесных дифференциалов
При движении по твердой поверхности с высоким коэффициентом сцепления блокировать межколесные дифференциалы нет необходимости, зачастую это даже вредно из-за повышения нагрузок на трансмиссию. Но вот при съезде на бездорожье может возникнуть ситуация с буксованием или вывешиванием одного колеса, тогда возникает необходимость в жесткой связи между полуосями моста. Поэтому есть необходимость оснастить проектируемый автомобиль принудительными блокировками межколесных дифференциалов. Выбираем штифтовую блокировку из-за своей компактности и простоты.
Включение блокировки будет осуществляться посредством пневмопривода – пневмоцилиндра и компрессора с ресивером. Питание компрессора – от бортовой сети 12В. Пневмопривод проще и дешевле гидравлического, а так же намного удобнее механического для водителя. К тому же на рынке уже существует ряд готовых решений специально для блокировки дифференциалов. Например, фирма ARB имеет несколько моделей бортовых компрессоров именно для этих целей и дает гарантию 2 года на свою продукцию.
Кинематический анализ
Нормальная статическая нагрузка
Разгруженное состояние
Полностью загруженное состояние
Зависимая задняя подвеска способствует уменьшению крена кузова на поворотах вследствие сравнительно высокого положения центра крена.
При этом колеса практически не наклоняются относительно дороги, как это
происходит у большинства независимых подвесок, что благоприятно сказывается на управляемость автомобиля.
Помимо общих требований к задней зависимой подвеске ведущих колес предъявляют некоторые специфические требования, в частности:
- при ходе сжатия она должна обеспечивать оси ведущей шестерни неподрессоренной главной передачи вниз. Это позволит уменьшить высоту туннеля в полу легкового автомобиля и улучшить условия работы карданной передачи.
- при крене кузова на повороте она должна обеспечивать поворот моста вокруг вертикали обычно в сторону поворота передних управляемых колес. Это позволяет влиять на характеристики управляемости автомобиля, так как изменяет положение автомобиля относительно траектории криволинейного движения.
Направляющим устройством являются две верхние и две нижние поперечные штанги установленные между мостом и кузовом и закрепленные в резинометаллических шарнирах. Продольные штанги, работая совместно,
воспринимают продольные силы и реактивные моменты, действующие на балку моста.
Поперечная же штанга уравновешивает только боковые силы.
При качании поперечной тяги происходит относительное поперечное смещение кузова и подвески, что ухудшает курсовую устойчивость автомобиля.
Однако, это наиболее простое дешевое устройство.
Верхние штанги короче нижних, причем длины штанг и их соотношение подобраны таким образом, чтобы обеспечить хорошие условия работы заднего карданного шарнира и шлицевого соединения карданного вала.
Верхние и нижние штанги наклонены по отношению друг к другу так, что их оси пересекаются спереди от оси колес, образуя мгновенны центр О продольного качания подвески, что обеспечивает при торможении антиклевковый эффект.
Амортизаторы оказывают некоторое сопротивление относительному перемещению моста и кузова под воздействием боковых сил.
Кинематическая схема поворота балки моста.
К оценке влияния кинематического поворота задних колес автомобиля на траекторию движения.
Изменение расположения рычагов от хода подвески.
Положение зависимой подвески.
График изменения колен в зависимости от хода сжатия и отбоя.
3.7 Кинематическая схема проектируемого автомобиля
3.8 Расчет упругого пневмоэлемента подвески
В качестве упругого элемента задней подвески примем диафрагменный упругий элемент без направляющей. Разница диаметров поршня и корпуса у пневмоэлемента такого типа значительна, а диафрагма допускает большие боковые смещения, поэтому шарнирного крепления поршня не требуется.
Диафрагменный упругий элемент.
1-корпус
2-резино-кардная оболочка
3-поршень
На упругий элемент при статическом нагружении приходится нагрузка равная
Gпр = Gлев = Gзадн/2 = 13850/2 =6925 Н
Gпр = Gлев = Рв· Fэ = Рв · π· ro2
зададимся ро= 0,43 МПа, тогда
Ориентируясь на полученное значение ro и конструктивные решения подобных пневмоэлементов получим следующий упругий элемент.
Для построения характеристик упругого элемента вычерчиваем профиль оболочки для различных значений положительных и отрицательных деформаций упругого элемента. Интервал деформации 20мм. При этом считается, что ход на сжатие равен ходу на отбой и равен 100 мм.
Далее находим эффективный радиус для каждого положения и вычитаем эффективную площадь:
F1 = r12 ·π =7,942 · 3,14 = 198,4 см2
F2 = 218,4 см2
F-2 = 202,2 см2
Объем пневмоэлемента в статическом положении находим путем его разбивки на элементарные объема:
V0 = V1 + V2 + V3 + V4 + V5 + V6 + V7 + V8 - Vболтов
Получаем V0 = 3,81л.
Текущий объем элемента находим из соотношения:
V1 = 3,81 – π ·r2+1 · ht = 3,81 - 3,14 · 79,52 · 20 · 106 =3,41л
V-1 = 3,81 + 3,14 · 842 · 20 · 106 = 4,25л
V-2 = 3,41л
V2 = 4,69л
Давление в пневмоэлементе для текущего значения прогиба h находим из соотношения:
P = P0 Vn0 /Vn
n = 1 - статистическая характеристика
n = 1,3 - динамическая характеристика
P1 = 0,43 · 106 · 3,811 / 3,411 = 0,48 МПа (статическая)
Р/1 = 0,43 · 106 · 3,811,3 / 3,411,3 = 0,496 МПа (динамическая)
Р2 = 0,38 Мпа
Р/2 = 0,37Мпа
Нагрузочную характеристику пневморессоры получим исходя из зависимости
где Рв - атмосферное давление воздуха ( Рв= 0,1 МПа)
P1 =198,4 ·10-4((0,43 · 106 · 3,811 / 3,411)– 0,1·106)
Р1 = 7535 Н
P/1 =198,4 ·10-4((0,43 · 106 · 3,811,3 / 3,411,3)– 0,1·106)
Р/1 = 7821 Н
Р2 = 6380 Н
Р/2 = 6000 Н
Жесткость упругого пневмоэлемента найдем из зависимости:
Для построения этой характеристики используем абсолютный прогиб рессоры от положения разгрузочного элемента, т.е. прогиб пневморессоры в крайнем нижем положении 35мм, в статистическом положении 135 мм
С2 = 99,48 кН/мм
С/2 = 108,57 кН/мм
Расчетные значения заносим в сводную таблицу результатов расчет диафрагменного упругого элемента без направляющей.
Расчеты приведены для атмосферного давления 0,1 Мпа, полной массы автомобиля. По данным таблицы строим характеристики пневмоэлемента.
На графике №2 жесткость по мере сжатия элемента прогрессивно возрастает, вблизи планки статического положения имеется пологий такт, что обеспечивает удовлетворительную плавность хода и комфортабельность автомобиля.
В данной главе 4 будет рассмотрена технология сборки проектируемого заднего ведущего моста автомобиля УАЗ-Патриот. В дипломном проекте в мост были внесены конструктивные изменения, а это значит, что и технология сборки будет отличаться от базового варианта. Планируемый объем производства N=1000 шт./год, что является серийным производством.
Сборка осуществляется на специальном. Технология сборки включает сборку узлов (картер, ступица, дифференциал и т.д.) с дальнейшей сборкой моста. После сборки провести проверку моста на шум, нагрев и отсутствие течи смазки на специальном стенде. Проверить мост на нагревание после движения на автомобиле. Если нагревание картера в зоне подшипников ведущей шестерни и подшипников дифференциала свыше 90 гр. (вода на картере кипит), то произведите регулировку предварительного натяга подшипников.
Необходимые инструменты и приспособления (оборудование)
Инструменты:
- Молоток;
- Набор оправок для запрессовки подшипников;
- Динамометрический ключ;
- Набор шестигранных головок;
- Щипцы для установки стопорных колец;
- Отвертка плоская.
Приспособления (оборудование):
- Стенд для сборки моста (рис 4.1);
- Верстак;
- Тиски;
- Пресс гидравлический 12 т;
- Гайковерт;
- Тельфер грузоподъемность 500 кг.
Технология сборки заднего моста
4.3.1 Сборка дифференциала
Сборку дифференциала производить в следующем порядке:
1. Перед сборкой дифференциала смазать шестерни полуосей (поз. 3, 4), сателлиты (поз. 5), упорные шайбы (поз.7, 8) и оси сателлитов (поз.9) трансмиссионным маслом ТСп-15;
2. Установить упорные шайбы (поз. 8) на шейки шестерен полуосей (поз. 3, 4);
3. Установить шестерню полуоси с упорной шайбой в сборе (поз.3,8) в левую коробку сателлитов (поз.1);
4.Установить сателлиты (поз. 5) на оси разъемной крестовины (поз. 9);
5. Установить разъемную крестовину с сателлитами (поз. 5,9) в левую коробку сателлитов (поз. 1);
6. Установить шестерню полуоси с упорной шайбой в сборе (поз. 4,8) в правую коробку сателлитов (поз. 2). Придерживая шестерню полуоси (поз. 4), установить правую коробку сателлитов (поз. 1) на левую (поз. 2) так, чтобы метки (порядковые номера) обеих коробок были совмещены;
7. Соединить половины коробок сателлитов (поз. 1,2) болтами (поз. 10) с шайбами (поз.12) и затяните их. Момент затяжки 32–40 Нм (3,2–4,0 кгс);
8. Установить ведомую шестерню главной передачи (поз. 6) на коробку сателлитов (поз. 1) , совместив отверстия под болты. Установить болты (поз. 11) с шайбами (поз. 13) и затянуть их. Момент затяжки 98–137 Н·м (10–14 кгс·м). У собранного дифференциала шестерни полуосей должны проворачиваться с помощью шлицевой оправки от усилия не более 59 Н (6 кгс), приложенного на радиусе 80 мм.
4.3.2 Сборка моста
Сборку моста производить в следующем порядке:
1. Запрессовать в картер (поз. 7) подшипники (поз. 37);
2. Установить в кожух (поз. 9) манжету (поз. 54);
3. Запрессовать в картер (поз. 7) кожух (поз. 9);
4. Напрессовать на вал-шестерню (поз. 12) нижний подшипник (поз. 35);
5. Зажать в тисках картер с кожухом в сборе (поз. 7,9) таким образом, чтобы отверстие под крышку (поз. 13) было сверху;
6. Установить вал-шестерню в сборе с подшипником (поз. 12,35) в картер (поз. 7);
7. Установить кольцо (поз. 16), верхний подшипник (поз. 35), кольцо (поз. 15) в данной последовательности;
8. В крышку (поз. 13) установить манжету (поз. 56);
9. Установить прокладку (поз. 34) в картер таким образом, чтоб отверстия под болты совпадали;
10. Установить крышку (поз. 13) с помощью болтов (поз. 43) и шайб (поз. 49) и затянуть с моментом 40-50 Нм;
11. Установить на фланец (поз. 14) маслоотражатель (поз. 19);
12. Фланец в сборе с маслоотражателем (поз. 14,19) установить на шлицевой участок вала-шестерни (поз. 12);
13. Установить шайбу (поз. 50) и гайку (поз. 45); гайку (поз. 45) затянуть моментом 170-200 Нм и зашплинтовать шплинтом (поз. 51);
14. Установить картер (поз. 7) плоскостью разъема вниз на верстаке и запрессовать пневмоцилиндр привода блокировки (поз. 2) в соответствующее отверстие;
15. Установить упорное кольцо (поз. 53);
16. Напрессовать вилку (поз. 20) на шток пневмоцилиндра (поз. 2);
17. Зажать картер с кожухом в сборе (поз. 7,9) в тисках плоскостью разъема картера вверх;
18. Положить кольцо (поз. 18) и муфту (поз. 4) на подшипник (поз. 37), предварительно вложив муфту в вилку (поз. 20) и совместить центральные отверстия;
19. Аккуратно установить дифференциал (поз. 1) не сбив кольцо и муфту (поз. 18,4);
20. Установить на дифференциал (поз. 1) кольцо (поз. 17);
21. Запрессовать в крышку картера (поз. 6) кожух (поз. 8);
22. Запрессовать в крышку картера (поз. 6) подшипник (поз. 37);
23. Установить прокладку (поз. 33) на картер в сборе с дифференциалом и кожухом (поз. 7,1,9), совместив отверстия под болты;
24. Соединить картер в сборе с дифференциалом и кожухом (поз. 7,1,9) с крышкой картера в сборе с кожухом (поз. 6,8) с помощью болтов (поз. 39), шайб (поз. 46) и гаек (поз. 44); затяжку произвести с моментом 9,8-19,6 Нм;
25. Закрепить получившуюся в п/п 1-25 подсборку моста на специальном стенде;
26. Установить в левый кожух (поз. 8) прокладку (поз. 31) и цапфу (поз. 58) совместив отверстия под болты;
27. Установить тормозной механизм в сборе (поз. 3) и прикрутить вместе с цапфой (поз. 58) к кожуху (поз. 8) с помощью болтов (поз. 41) и шайб (поз. 48) с моментом затяжки 40-50 Нм;
28. Установить втулку сальника (поз. 30);
29. Установить маслоотражатель тормоза (поз. 23);
30. Запрессовать в ступицу (поз. 22) внешний подшипник (поз. 38);
31. Установить в ступицу (поз. 22) два стопорных кольца (поз. 52);
32. Запрессовать в ступицу (поз. 22) внутренний подшипник (поз. 38), предварительно заложив пространство между подшипниками слоем 10-15 мм смазки Литол 24, а так же заложить смазкой пространство между роликами подшипников (поз. 38);
33. Установить в ступицу (поз. 22) шайбу упорную сальника (поз. 29);
34. Установить в ступицу (поз. 22) манжету (поз. 55);
35. Установить на ступицу (поз. 22) маслоотражатель ступицы (поз. 24) и запрессовать болты (поз. 42) резьбовым концом наружу;
36. Установить ступицу собранную в п/п 31-36 на цапфу (поз. 58);
37. Установить упорную шайбу подшипника (поз. 25);
38. Ввернуть гайку регулировки подшипников (поз. 26);
39. Установить замочную шайбу (поз. 27) внутренним усом в паз цапфы (поз. 58), при этом загнуть один ус замочной шайбы на грань гайки (поз. 26), второй на грань контргайки (поз.28);
40. Закрутить контргайку (поз.28) моментом затяжки 20-30Н*м и закернить её;
41. Установить прокладку (поз. 32) и полуось (поз. 10) и затянуть с помощью болтов (поз. 40) и шайб (поз. 47) моментом затяжки 50-70 Нм;
42. Надеть тормозной барабан (поз. 21);
43. Повторить п/п 27-42 для правой ступицы;
44. Установить сапун (поз. 5);
45. В картер главной передачи через маслозаливное отверстие залить трансмиссионное масло ТСп-15, подогретое до температуры 50-60 С.
После сборки провести проверку моста на шум, нагрев и отсутствие течи смазки на специальном стенде.
В данной главе была рассмотрена технология сборки модифицированного заднего моста автомобиля УАЗ-Патриот. Основные отличия по сборке проектируемого моста от базового заключаются в установке штифтовой муфты блокировки дифференциала и ее привода.
