Проектирование карданной передачи автомобиля ЗИЛ-130

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Характеристика автомобиля ЗИЛ-130

1.1 Устройство ЗИЛ-130

1.2 Различные типы карданных передач и карданных шарниров

1.3 Задний ведущий мост ЗИЛ-130

1.4 Устройство задней оси ЗИЛ-130

Глава 2. Техническое обслуживание и ремонт ЗИЛ-130

2.1 Операции технического обслуживания, связанные с ходовой частью

2.2 Правила техники безопасности при техническом обслуживании и ремонте

Глава 3. Расчет карданной передачи ЗИЛ-130

3.1 Проверочный расчет карданной передачи

3.2 Нагрузочные режимы карданной передачи

3.3 Расчет карданного вала

3.4 Определение осевой силы действующей на карданный вал

3.5 Расчет крестовины карданного шарнира

3.6 Расчет вилки кардана

3.7 Расчет критического числа оборотов карданного вала

3.8 Материал деталей карданной передачи автомобиля ЗИЛ-130

Заключение

Литература

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Автомобильный транспорт занимает одно из ведущих мест среди других видов транспорта. Развитие автомобилестроения в бывшем СССР относится к 1931 - 1932 гг., когда вступил в действие реконструированный завод АМО (ныне Акционерное общество (АМО-ЗИЛ).

Автомобиль ЗИЛ - 130 предназначен для перевозки грузов по любым автомобильным дорогам. Он один из распространенных автомобилей, выпуск которых был освоен в 1964 г. Хотя в данное время автомобиль ЗИЛ-130 не выпускается, число таких машин в автохозяйствах достаточно высокое.

Высокие цены на бензин и большой расход топлива двигателя автомобиля ЗИЛ-130 ограничивают его применение. Однако, учитывая экономическую ситуацию в стране и финансовые возможности автопредприятий, особенно в сельском хозяйстве, а именно: невозможность вовремя обновлять автомобильный парк, ЗИЛ-130 еще будет использоваться.

В городах, где существует сеть газонаполнительных станций, многие автохозяйства переводят ЗИЛ-130 на использование сжатого газа. Но слишком высокая стоимость газонаполнительных станций ограничивает их массовое внедрение. Поэтому следует рассмотреть вариант установки более мощного дизельного двигателя, что позволит использовать а/м ЗИЛ-130 в составе автопоезда с 2-мя и более прицепами, тем самым понизить себестоимость перевозок. Данный вариант особенно актуален на уборке урожая, перевозка зерна с элеватора на мельницу и т.д., один такой автопоезд заменит два три одиночных серийных автомобиля. При этом также повысятся экологические показатели. Понизится количество отработанных газов на тонну перевозимого груза. Выброс вредных веществ (СО, NO, CH) в дизельных двигателях меньше, а при использовании современной топливной аппаратуры также снизить содержание сажи.

Цель работы: спроектировать карданную передачу автомобиля ЗИЛ-130 с увеличенным на 100% крутящим моментом.

Задачи работы:

- произвести анализ литературы по исследуемой проблеме;

- рассмотреть устройство автомобиля ЗИЛ-130;

- проанализировать различные типы карданных передач и карданных шарниров, в том числе и установленных на ЗИЛ-130;

- охарактеризовать задний ведущий мост ЗИЛ-130;

- выделить устройство задней оси ЗИЛ-130;

- рассмотреть техническое обслуживание и ремонт ЗИЛ-130, в том числе правила техники безопасности;

- произвести расчет карданной передачи ЗИЛ-130, включая: проверочный расчет карданной передачи; нагрузочные режимы карданной передачи; расчет карданного вала; определение осевой силы действующей на карданный вал; расчет крестовины карданного шарнира; расчет вилки кардана; расчет критического числа оборотов карданного вала;

- установить материал деталей карданной передачи автомобиля ЗИЛ-130;

- сделать соответствующие выводы.

Глава 1. Характеристика автомобиля ЗИЛ-130

1.1 Устройство ЗИЛ-130

Понятие «автомобиль» включает в себя легковой, грузовой автомобиль и автобус. Несмотря на ряд принципиальных конструктивных различий, между ними имеется много общего [12, c. 5].

Рассмотрим устройство ЗИЛ-130 (рис. 1).

Рис. 1. Устройство ЗИЛ-130

Грузовой автомобиль ЗИЛ -130: 1 -- поперечная рулевая тяга; 2 -- продольная рулевая тяга; 3 -- вал карданной передачи рулевого управления; 4 -- рулевой механизм и гидроусилитель; 5 -- радиатор системы охлаждения; 6 -- вентилятор системы охлаждения; 7 -- компрессор пневматического привода тормозов; 8 -- двигатель с оборудованием; 9 -- рулевая колонка; 10 -- коробка передач; 11 -- промежуточный карданный вал; 12 -- промежуточная опора; 13 -- глушитель; 14 -- воздушные баллоны пневматического привода тормозов; 15 -- основной карданный вал; 16 -- рама автомобиля; 17 -- задний мост; 18 -- задняя рессора; 19 -- дополнительная рессора; 20 -- топливный бак; 21 -- барабан ручного тормоза; 22 -- аккумуляторная батарея; 23 -- сцепление; 24 -- передняя рессора.

1.2 Различные типы карданных передач и карданных шарниров

Карданная передача служит для передачи крутящего момента от ведомого вала коробки передач или раздаточной коробки к ведущему валу главной передачи [12, с. 229].

Карданные передачи применяются в трансмиссиях автомобилей для силовой связи механизмов, валы которых не сносны или расположены под углом, причем взаимное положение их может меняться в процессе движения. Карданные передачи могут иметь один или несколько карданных шарниров, соединенных карданными валами, и промежуточной опоры. Карданные передачи применяются также для привода вспомогательных механизмов.

К карданным передачам предъявляют следующие требования [1, c.34]:

- передача крутящего момента без создания дополнительных нагрузок в трансмиссии (изгибающих, скручивающих, вибрационных, осевых);

- возможность передачи крутящего момента с обеспечением равенства угловых скоростей ведущего и ведомого валов независимо от угла между соединяемыми валами;·

- высокий КПД;·

- бесшумность;

- углы наклона карданных валов должны быть по возможности минимальными, так как при этом карданная передача будет работать с более высоким КПД [5, c. 76];

- жесткость карданной передачи надо выбирать с учетом динамических характеристик всех элементов трансмиссии;

- критические числа оборотов карданной передачи должны быть выше чисел оборотов максимально возможных по условиям эксплуатации.

Элементами карданной передачи являются карданный вал (валы) карданный шарнир, промежуточная опора и упругие муфты. Из этих элементов карданные шарниры, отличаются большим разнообразием конструкций и в набольшей степени влияют на характеристику карданной передачи.

Тип карданной передачи определяется, как её расположением относительно автомобиля, так и типом карданов и наличием или отсутствием компенсирующего устройства [7, c. 45].

Закрытая карданная передача применяется для легковых и грузовых автомобилей, в которых реактивный момент в заднем мосту воспринимается трубой, карданная передача размещается внутри трубы. Иногда эта труба служит для передачи толкающих усилий. Поскольку длина карданного вала в такой конструкции не изменяется при относительных перемещениях кузова и заднего моста, компенсирующее соединение в карданной передаче такого типа отсутствует и используется только один карданный шарнир. При этом неравномерность вращения карданного вала в некоторой степени компенсируется его упругостью [9, c.32].

Открытые карданные передачи применяются для автомобилей, в которых реактивный момент воспринимается рессорами или реактивными тягами. Карданная передача должна иметь не менее двух шарниров и компенсирующее соединение, так как расстояние между шарнирами в процессе движения изменяется. На длиннобазных автомобилях часто карданная передача состоит из двух валов: промежуточного и главного. Это необходимо в тех случаях, когда применение длинного вала может привести к опасным поперечным колебаниям, в результате совпадения его критической угловой скорости с эксплуатационной. Короткий вал обладает более высокой критической скоростью [11, c. 98].

Карданные передачи равных угловых скоростей (синхронные), применяют в приводе ведущих и одновременно управляемых колес, угол наклона ведомого вала в зависимости от конструкции шарнира может достигать 450. Некоторые конструкции синхронных шарниров выполняются с компенсирующим устройством внутри механизма, т.е. универсальными. Простые шарниры отличаются от универсальных тем, что компенсация осевого перемещения осуществляется не в них, а в шлицевом соединении.

В основе всех конструкций карданных шарниров равных угловых скоростей (далее ШРУС) лежит единый принцип: точки контакта, через которые передаются окружные силы, находятся в биссекторной плоскости валов. Конструкции таких ШРУСов разнообразны.

Рассмотрим наиболее применяемые [5, c. 98].

Четырехшариковый карданный шарнир с делительными канавками (типа «Вейс»). Установлен на ряде отечественных автомобилей в приводе управления колес. При движении автомобиль вперед усилие передается одной парой шариков; придвижении задним ходом другой парой. ШРУС этого типа обеспечивает угол между валами [10, c. 54].

Достоинства:

- малая трудоемкость изготовления (наименьшая по сравнению с ШРУСами других типов);

- простота конструкции;

- высокий КПД, т.к. в нем преобладает трение качения.

Недостатки:

- передача усилия только двумя шариками при теоретически точечном контакте приводит к возникновению больших контактных напряжений (устанавливается на машины с нагрузкой на ось не выше 25 30 кН);

- при работе возникают распорные нагрузки, особенно если центр шарнира не лежит на оси шкворня [4, c. 98];

- долговечность в эксплуатации обычно не превышает 25 - 30 тыс. км.

Шестишариковый ШРУС с делительным рычажком (типа «Рцепп»). Основными элементами этого шарнира являются сферический кулак, закрепленный на шлицах вала и сферическая чашка, связанная с другим валом. На кулаке и на внутренней стороне чашки выфрезерованно по шесть меридиональных канавок полукруглого сечения [2, c. 44].

В канавках размещено шесть шариков, которые связаны сепаратором. При наклоне валов шарики устанавливаются в биссекторной плоскости при помощи делительного рычажка, который поворачивает направляющую чашку, а вместе с ней и сепаратор. Пружина служит для поджатия делительного рычажка [6, c. 77].

Достоинства:

- так как усилия в этом шарнире передаются шестью шариками, он обеспечивает передачу большого крут. момента при малых размерах;

- распорные нагрузки отсутствуют в шарнире, если центр последнего совпадает с осью шкворня;

- шарнир обладает большой надежностью;

- высокий КПД.

Недостатки:

- технологически сложен в изготовлении;

- все детали его подвергаются токарной и фрезерной обработке с соблюдением строгих допусков, обеспечивающих передачу усилий всеми шариками;

- высокая стоимость.

Шестишариковый карданный шарнир с делительным канавками (типа «Бирфильд»). На кулаке, поверхность которого выполнена по сфере радиуса R1 выфрезеровано шесть канавок. Канавки кулака имеют переменную глубину. Внутренняя поверхность корпуса выполнена по сфере радиуса R2 и также имеет шесть канавок переменной глубины. Сепаратор, в котором размещены шарики, имеет наружные и внутренние поверхности, выполненные по сфере радиусов соответственно R1 и R2 [11, c. 32].

В положении, когда валы соосны, шарики находятся в плоскости, перпендикулярной осям валов, проходящей через центр шариков. При наклоне одного из валов на угол верхний шарик выталкивается из сужающего пространства канавок вправо, а нижний шарик перемещается сепаратором влево. Центры шариков всегда находятся на пересечении осей канавок. Это обеспечивает их расположение в биссекторной плоскости, что является условием синхронного вращения валов.

Достоинства:

- отсутствие делительного рычажка позволяет этому шарниру работать при угле = 470;

- КПД при малых углах выше 0,99;

- ресурс примерно 150 тыс. км. (при условии герметичности резинового защитного чехла).

Недостатки:

- КПД при = 300 0,97;

- сравнительно большие потери объясняются тем, что наряду с трением качения для него характерно трение скольжения;

- шарнир простой, поэтому требуется компенсирующее устройство.

Универсальный шестишариковый карданный шарнир (типа ГНК). На внутренней поверхности цилиндрического корпуса шарнира нарезаны шесть продольных канавок эллиптического сечения, такие же канавки имеются на сферической поверхности кулака параллельно продольной оси вала. В канавках размещаются шесть «шариков», установленных в сепараторе. Осевое перемещение происходит по продольным канавкам корпуса, причем перемещение карданного шарнира равно рабочей длине канавок корпуса, что влияет на размеры шарнира [9, c. 42].

Недостатки:

- при осевых перемещения шарики не перекрываются, а скользят, что снижает КПД шарнира.

Универсальный шести шариковый карданный шарнир с делительными канавками (типа «Лебро»). Состоит из цилиндрического корпуса на внутренней поверхности которого под углом (примерно15 - 160) к образующей цилиндра нарезаны шесть прямых канавок; сферического кулака так же с нарезанными на его поверхности шестью канавками и сепаратора с шариками, центрируемыми наружной сферической поверхностью по внутренней цилиндрической поверхности корпуса. Шарики устанавливаются в пересечениях канавок, чем обеспечивается синхронность вращения валов, так как шарики, независимо от угла между валами, всегда находятся в биссекторной плоскости [4, c. 98].

Трехшиповой карданный шарнир (типа «Трипод»). Конструктивно эти шарниры имеют два исполнения: шарниры позволяющие передавать момент при углах до 430, но не допускающие осевых перемещений, и универсальные шарниры, но работающие при сравнительно небольших углах между валами. В этом шарнире равенство угловых скоростей валов достигается благодаря изменению положения центра конца вала [1, c. 43].

Сдвоенный шарнир. Эти шарниры могут иметь различные конструкции. Один из вариантов: два шарнира неравных угловых скоростей объединяются общей вилкой. Равенство угловых скоростей должно обеспечиваться делительным рычажком. Однако такое равенство возможно только при равенстве углов 1 = 2, что в данной конструкции не соблюдается точно, т.к. при наклоне вала плечо, связанное с левым валом, остается постоянным, а плечо, связанное с другим валом, увеличивается. Поэтому в сдвоенном шарнире с делительным рычажком синхронное вращение соединяемых валов может быть обеспечено только с некоторым приближением. Коэффициент неравномерности сдвоенного шарнира зависит от угла между валами [5, c. 21].

Недостатки:

- для двойного шарнира на игольчатых подшипниках характерен значительный износ этих подшипников и шипов крестовины. Это объясняется преимущественно прямолинейному движению автомобиля, где иглы подшипников не перекатываются. Вследствие чего поверхности деталей с которыми они соприкасаются подвержены бринеллированию.

Кулачковый карданный шарнир. Кулачковые шарниры применяются на автомобилях большой грузоподъемности в приводе к ведущим управляемым колесам. Если разделить по оси симметрии кулачковый карданный шарнир неравных угловых скоростей с фиксированными осями качания (так же как у сдвоенного карданного шарнира). Благодаря наличию развитых поверхностей взаимодействующих деталей шарнир способен передавать значительный по величине крутящий момент при обеспечении угла между валами 45 - 500. КПД кулачковых шарниров ниже, чем КПД других шарниров равных угловых скоростей, так как для их элементов характерно трение скольжения. В эксплуатации наблюдается значительный нагрев, а иногда и задиры деталей шарнира в результате неудовлетворительного подвода смазочного материала к поверхности трения [10, c. 21].

Упругие полукарданные шарниры устанавливаются главным образом в карданных передачах легковых автомобилей, и в зависимости от конструкции угол наклона вала может быть 8 - 100.Упругий полукарданный шарнир допускает передачу крутящего момента от одного вала к другому, расположенному под некоторым углом, благодаря деформации упругого звена, связывающего оба вала. Упругое звено может быть резиновым, резинотканевым или резиновым, усиленным стальным тросом. В последнем случае полукарданный шарнир может передавать значительный крутящий момент и под несколько большим углом, чем в первых двух случаях [1, c. 98].

Достоинства:

- снижение динамических нагрузок при резких изменениях частоты вращения (например, при резком включении сцепления);

- отсутствие необходимости обслуживания в процессе эксплуатации;

- благодаря эластичности такой шарнир допускает небольшое осевое перемещение карданного вала.

Недостатки:

- упругий полукарданный шарнир должен центрироваться, иначе нарушиться балансировка карданного вала.

Жесткие полукарданные шарниры используют для компенсации неточности монтажа соединяемых механизмов на недостаточно жестком основании. Они допускают угол наклона вала не более 20. В настоящее время на автомобилях применяется крайне редко. Причиной этого являются недостатки, присущие такому шарниру: быстрое изнашивание, трудоемкость изготовления, шум при работе [3, c. 32].

Карданные шарниры неравных угловых скоростей (асинхронные), имеющие две фиксированные оси качания, используют в карданной передаче при наклоне ведомого вала обычно на угол не более 200. Универсальные шарниры отличаются от простых тем, что в них осевая компенсация осуществляется в самом механизме шарнира, а не в шлицевом соединении. Типичная конструкция карданного шарнира неравных угловых скоростей является крестовина с игольчатыми подшипниками, размещенными в колпачках. Применяемые в современных автомобилях карданные шарниры неравных угловых скоростей на игольчатых подшипниках удовлетворяют поставленным требованиям при условии, если шарнир имеет рациональную конструкцию, технология производства строго соблюдается, а игольчатые подшипники надежно смазываются [2, c. 55].

Недостатки:

- КПД карданного шарнира зависит от угла между соединяемыми валами. С увеличением КПД резко снижается;

- надежность и долговечность сильно зависят от качества смазки игольчатого подшипника;

- крестовина карданного шарнира должна строго центрироваться.

На автомобиле ЗИЛ-130 применяется именно эта карданная передача.

1.3 Задний ведущий мост ЗИЛ-130

Стремление к повышению грузоподъемности - с одной стороны, и ограничение нагрузок на дорожное полотно - с другой, вынудили конструкторов обратить внимание на многоосные транспортные средства. В настоящее время почти каждая крупная автомобилестроительная компания имеет в своей программе трехосные шасси, выполненные на базе двухосных. В зависимости от назначения можно разделить многоосные машины на магистральные и грузовики, предназначенные для работы не только на дорогах с твердым покрытием, но и на грунтовых. Первые, как правило, в трехосном исполнении имеют колесную формулу 6х2, реже 6х4. Вторые - 6х4 или 6х6. Колесные формулы 8х2 и 8х4 используют на специальных шасси для установки кранового оборудования, цистерн, самосвальных кузовов и т.д.

Главным достоинством колесной формулы 6х2 является простота, поскольку трансмиссия такого грузовика почти не отличается от трансмиссии базового автомобиля с колесной формулой 4х2. Новыми в трехосной модификации являются лишь рама, дополнительная опорная ось, тормозная система и электрооборудование. В производстве стоимость этой версии выше стоимости базовой модели лишь на 10 - 20%, и это обстоятельство с учетом роста грузоподъемности объясняет большое распространение подобных машин на дорогах Европы [4, c. 76].

Оригинальным качеством колесной формулы 6х2 признано пониженное отношение нагрузки задних колес к полной допустимой массе грузовика, поэтому имеющие ее автомобили должны эксплуатироваться только на дорогах с твердым покрытием. Для снижения износа шин подкатной оси, а также временного увеличения нагрузки на ведущий мост машины разработаны различные устройства, приподнимающие подкатной мост над дорогой.

Повышение нагрузки на ведущий мост признано полезным и для преодоления скользких участков дороги, однако устройства подъема не ведущей задней оси существенно удорожают всю конструкцию и снижают эффективность эксплуатации. В опытном порядке были изготовлены версии автомобилей с колесной формулой 6х2 на базе грузовиков ГАЗ-53А и ЗИЛ-130, но до конвейера обе разработки так и не дошли [9, c. 54].

Рассмотрим задний ведущий мост ЗИЛ-130 (см. Приложение).

Главная передача заднего моста этого автомобиля двойная с общим передаточным числом 6,32. Она состоит из пары конических зубчатых колес со спиральными зубьями и пары цилиндрических косозубых колес. Ведущая коническая шестерня 11 изготовлена за одно целое с валом 2 и соединена с карданной передачей с помощью фланца 1. Она вращается в роликоподшипника 6 и 9, установленных в корпусе 7, прикрепленном болтами к картеру 17 главной передачи. Масло для смазывания подшипников ведущей шестерни поступает по желобу 33, отлитому в картере.

Ведомое коническое зубчатое колесо 12 крепится к фланцу промежуточного вала 15, с которым как заодно целое изготовлена ведущая цилиндрическая шестерня 16. Прокладки 10 между катером 17 главной передачи и корпусом 7 служат для регулировки зацепления зубьев ведущей шестерни 11 и ведомого зубчатого колеса 12.

К корпусу 7 крепится крышка 3 подшипника с сальником. Между крышкой и корпусом подшипника установлена уплотнительная прокладка 5, а между втулкой фланца 1 и роликоподшипником 6 - шайба 4. Между роликоподшипниками 6 и 9 расположены распорная втулка 34 и два шлифованных стальных кольца 8 для регулировки подшипников.

При работе главной передачи усиление от ведомого зубчатого колеса 21 передается коробке дифференциала, а через нее - на крестовину 30 и сателлиты 28. Последние, находясь в зацепление с полуосевыми зубчатыми колесами 22, обеспечивают вращение полуосей [12, c. 240].

1.4 Устройство задней оси ЗИЛ-130

Задней осью у автомобилей служит картер главной передачи с кожухами полуосей. Картер заднего моста в автомобиле ЗИЛ - 130 отлит из ковкого чугуна [9, c. 65].

Устройство автомобильной подвески

Задняя подвеска автомобиля ЗИЛ - 130 состоит из двух продольных полуэллиптических рессор с дополнительными рессорами. Рессоры служат для смягчения толчков при наезде на различные неровности дороги. На грузовые автомобили устанавливают листовые рессоры, которые состоят из пакета упругих стальных полос различной длины [3, c. 87].

На передних концах рессор автомобиля ЗИЛ - 130 прикреплены съёмные подушки, которыми рессоры закреплены к раме с помощью пальцев. Задние концы рессор опираются на съёмную подушку и при изменении длины скользят по ней.

У автомобиля ЗИЛ - 130 вместо стяжного болта в листах рессор выштампован продольный выступ и углубление, которые препятствуют смещению листов рессор во время работы [8, c. 43].

Кроме основных задних рессор, на автомобиле ЗИЛ - 130 установлены дополнительные рессоры, которые закреплены вместе с основной рессорой стремянками, а концы находятся против полок опорных кронштейнов. В разгруженном автомобиле дополнительные рессоры не работают, а при нагрузке, упираясь концами в кронштейны, несут нагрузку вместе с основными рессорами. В листовой рессоре между её отдельными листами возникает трение. Чтобы уменьшить величину этого трения, поверхность листов рессор смазывают графитной мазью. Пальцы рессор смазывают смазкой УС - 1.

Глава 2. Техническое обслуживание и ремонт ЗИЛ-

130

Автомобильный транспорт России в силу ряда причин приобретает все большее значение. Автомобили широко используются во всех областях народного хозяйства, выполняют значительный объем транспортных работ, а точнее служит для перевозки грузов и пассажиров [1, c. 43].

Автомобили имеют широкий спектр применения в различных средах и различных климатических условиях и в связи с этим подвергаются нагрузкам. Поэтому техническое состояние автомобиля, как и всякой другой машины в процессе длительной эксплуатации не остается неизменным. Оно ухудшается вследствие изнашивания деталей и механизмов, поломок и других неисправностей, что приводит к понижению эксплуатационных качеств автомобиля [5, c. 32].

Основным средством уменьшения изнашивания деталей и механизмов и предотвращения неисправностей автомобиля, т.е. поддержание его в должном техническом состоянии, является своевременное и высококачественное выполнение технического обслуживания и ремонта, как капитального, так и текущего. Техническое состояние так же зависит от условий хранения автомобиля [7, c. 47].

Знание всех факторов и закономерностей изменений технического состояния автомобилей позволяет правильно организовать работы по повышению его мощности и долговечности, путем своевременного и высококачественного технического обслуживанию.

Планово-предупредительная система технического обслуживания автомобилей построена так, что при выполнении каждого последующего вида технического обслуживания повторяют большинство операций предыдущих обслуживаний [11, c. 43].

Для чёткого выполнения все операции технических обслуживаний распределяют по видам работ: уборочно-моечные, осмотровые, крепёжные, контрольные, регулировочные, заправочно-смазочные, шиномонтажные.

2.1 Операции технического обслуживания, связанные с ходовой

частью

Операции технического обслуживания связанные с ходовой частью осуществляются только при ЕО,ТО - 1 и ТО - 2.

ЕО. При ежедневном техническом обслуживании необходимо мыть раму и другие узлы и детали ходовой части, проверять состояние рессор и амортизаторов [5, c. 65].

ТО - 1. Крепёжные работы. Проверяют надёжность крепления грузовой платформы к раме, с помощью лёгких ударов молотка по заклёпочным креплениям. Все болтовые соединения должны быть полностью затянуты.

При проверке креплений задних колёс предварительно ослабляют гайку крепления наружных колёс, подтягивают гайки крепления внутренних колёс, а затем затягивают гайки крепления наружных колёс.

При проверке крепления амортизаторов передней подвески и их кронштейнов проверяют состояние резиновых втулок амортизаторов, подтекание жидкости. Не должно быть трещин, вмятин, люфта проушин амортизаторов на пальцах. Если жидкость подтекает через сальники, необходимо подтянуть гайку резервуара с момента затяжки до 6 - 7 кГ.

Колёса должны быть надёжно закреплены, при покачивании колеса не должно быть стуков и скрипа [8, c. 98].

Контрольно-регулировочные работы. Вывешивают передние колеса, резким покачиванием колёс проверяют легкость вращения колёс и люфт в подшипниках. Осевого люфта передних колёс не должно быть. В противном случае отвёртывают болты крепления крышки ступицы и осторожно снимают крышку, чтобы не повредить прокладку. Затем нужно отогнуть замочную шайбу, отвернуть контргайку, снять замочное кольцо и замочную шайбу, затянуть регулировочную гайку, поворачивая колесо до тугого вращения для правильного размещения роликов в подшипниках, отвернуть на несколько оборотов и проверить вращение колеса.

Колесо после регулировки должно свободно вращаться без заметного люфта в подшипниках. После этого устанавливают замочное кольцо и замочную шайбу так, чтобы её выступ вошёл в одно из отверстий замочного кольца. Навертывают контргайку до отказа, загибают замочную шайбу на контргайку, ставят и закрепляют крышку ступицы и опускают передние колёса. В пути окончательно проверяют регулировку подшипников по нагреванию ступицы колеса [2, c. 54].

ТО - 2. Крепёжные работы. Проверяют крепление крыльев, облицовки, кронштейнов, подножек к кронштейнам, кронштейнов к раме автомобиля. При резком покачивании проверяемых деталей не должно быть слышно скрипа и дребезжаний. Ослабленные соединения подтягивают гаечными ключами [4, c. 43].

Проверяют затяжку гаек передних и задних колёс автомобиля, защёлки кронштейна запасного колеса, бампера, буксирных крюков и кронштейнов. При проверке крепления задних колёс предварительно ослабляют гайки крепления наружных колёс, подтягивают гайки крепления внутренних колёс, а затем затягивают гайки крепления наружных колёс. Все болтовые соединения должны быть полностью затянуты. Не должно быть ослабления крепления бензинового бака, брызговиков платформы, капота.

Проверяют крепление двигателя на передних и задних опорах, крепление реактивной тяги, сняв брызговики двигателя. Если крепление ослаблено, его расшплинтовывают, подтягивают гайки передних опор с моментом затяжки до 8 - 10 кГм, задней опоры с моментом затяжки до 20 - 25 кГм и вновь зашплинтовывают [6, c. 98].

Натяг резьбовыми соединениями крепления реактивной тяги должен обеспечивать амортизирующее воздействие буфера без видимых перемещений двигателя на раме.

2.2 Правила техники безопасности при техническом обслуживании

и ремонте

Посты для обслуживания и ремонта автомобилей следует содержать в надлежащем порядке, проходы должны быть свободными, полы - сухими и чистыми. Канавы и эстакады (на участках, не связанных с необходимостью свободного доступа к обслуживаемым автомобилям), а также движущиеся части средств механизации технического обслуживания должны иметь ограждения. Поточные линии технического обслуживания с механизированным перемещением автомобилей должны быть оборудованы сигнализацией для предупреждения рабочих о начале перемещения автомобилей с поста на пост. При установке автомобиля на пост необходимо надежно затормозить его ручным тормозом или подложить упоры под колеса, а на рулевое колесо вывесить табличку с надписью "Двигатель не пускать - работают люди". Перед съездом с поста следует убедиться в том, что под автомобилем нет людей, а также мешающих движению инструментов и предметов [4, c. 57].

Обслуживать и ремонтировать автомобиль с работающим двигателем запрещается, кроме случаев регулировки двигателя и тормозов.

Выполнять работы под частично или полностью вывешенным автомобилем можно только после установки под его поднятую часть прочных козелков или специальных подставок, а под колеса, стоящие на полу, упоров. Находясь под автомобилем, следует остерегаться подтекания электролита и топлива. Нельзя курить и зажигать огонь под автомобилем [9, c. 43].

При поднятом кузове автомобиля-самосвала разрешается работать только после установки под кузов прочных металлических упоров.

Для подъема автомобиля или агрегатов разрешается использовать только вполне исправные подъемные механизмы соответствующей грузоподъемности - домкраты, тали, краны, подъемники, снабженные специальными захватами [2, c. 54].

При применении электродрелей и других электроинструментов и приспособлений необходимо выполнять указания инструкций по пользованию ими, в частности, заземлять корпус инструмента. Разрешается использовать переносные лампы с напряжением не свыше 36 в, а при работе в канаве - не свыше 12 в.

При работе с аккумуляторными батареями необходимо соблюдать следующие правила [8, c. 45]:

- снять батареи необходимо транспортировать на тележках, имеющих гнезда по размеру батарей; переносить вручную разрешается только малогабаритные батареи;

- все работы с электролитом или аккумуляторной кислотой проводить в защитной спецодежде;

- бутылки с кислотой переносить на носилках вдвоем или перевозить на тележках, причем бутыли обязательно должны быть закрыты пробками;

- электролит приготовлять в стеклянных, пластмассовых или других кислотоупорных сосудах, вливая кислоту в воду тонкой струей;

- для переливания кислоты использовать бутыли на качающихся штативах или сифоны;

- аккумуляторные батареи заряжать только в специально оборудованных помещениях; вблизи заряжаемых батарей и при работах с аккумуляторами запрещается пользоваться открытым огнем.

Во время проверки автомобиля на ходу механик, производящий проверку, должен находиться в кабине, а не на подножке.

Глава 3. Расчет карданной передачи ЗИЛ-130

Проанализировав различные типы карданных передач и карданных шарниров можно осуществить выбор прототипа карданной передачи, задаваясь следующими требованиями:

1. Максимальный крутящий момент равен 610 кгсм (I-ая передача).

2. Nmax = 3500 об/мин.

3. max = 180; lк/п = 2,5 м.

Учитывая, длину карданной передачи и обороты двигателя целесообразно применить простую двухвальную карданную передачу с одной промежуточной опорой и тремя шарнирами. Карданные шарниры неравных угловых скоростей в данном случае будут предпочтительнее, во первых, угол позволяет применение данных шарниров, во вторых, применение шарниров равных угловых скоростей приведет к серьёзному удорожанию конструкции.

На автомобиле ЗИЛ-130 применяется именно такая же карданная передача, поэтому имеет смысл в качестве прототипа взять карданную передачу автомобиля ЗИЛ-130, без каких-либо изменений и произвести проверочный расчет на возможность передачи возросшего крутящего момента.

Допустим, что дизельный двигатель, требующий наименьшей переделки двигательного отсека автомобиля ЗИЛ-130, имеет крутящий момент 820 нМ, что на 100% больше чем у серийного двигателя. Установку данного двигателя можно без проблем произвести в любом автохозяйстве.

Двигатель и к.п.п. поставляются вместе, задний мост серийный, поэтому целью работы является проектирование карданной передачи.

3.1 Проверочный расчет карданной передачи

Карданная передача имеет два вала основной и промежуточный и три жестких карданных шарнира на игольчатых подшипниках.

По своей кинематической характеристике карданная передача автомобиля ЗИЛ-130 простая, с шарнирами неравной угловой скорости. Карданная передача рассчитывается на прочность, долговечность, жесткость и критическое число оборотов вала.

Проверочный расчет карданной передачи производится в следующей последовательности:

1. Устанавливается нагрузочный режим.

2. Определяется максимальное напряжение кручения и угол закручивания карданного вала.

3. Определяется осевая сила, действующая на карданный вал.

4. Проводится оценка неравномерности вращения карданного вала и инерционного момента, возникающего от неравномерности вращения.

5. Рассчитывается крестовина карданного шарнира.

6. Рассчитывается вилка карданного вала.

7. Определяются допустимые усилия, действующие на игольчатый подшипник.

8. Определяется критическое число оборотов карданного вала.

9. Проводится тепловой расчет карданного шарнира.

3.2 Нагрузочные режимы карданной передачи

На карданные валы действует крутящий момент, передаваемый от коробки передач, и осевые силы, возникающие при колебаниях ведущего моста на рессорах.

При увеличении скорости вращения могут возникнуть поперечные колебания карданного вала. Поперечный изгиб вала происходит за счет центробежных сил, возникающих вследствие несовпадения оси вращения вала с его центром тяжести. Несовпадение может иметь место за счет неизбежных неточностей изготовления, прогиба вала под действием собственного веса и других причин.

3.3 Расчет карданного вала

Карданный вал работает на кручение, растяжение или сжатие и изгиб (при поперечных колебаниях). Максимальное напряжение кручения вала определяется для случая приложения максимального момента двигателя и при действии макс. динамических нагрузок. Кд - коэффициент динамичности - меняется в пределах 1-3.Вал карданной передачи автомобиля ЗИЛ-130 (полый).

Наружный диаметр вала D=75 мм. Внутренний диаметр вала d=70 мм. Максимальное напряжение кручения вала определяется по формуле: кгс/см2 =460 МПа[] = 300400 МПа.

Величина угла закручивания вала определяется через G - модуль упругости при кручении, G = 850000 кг/см2.

Lкр - момент инерции сечения вала при кручении для полого вала (см2), L - длина карданного вала моста, равна 142,5 см.

Величины углов закручивания составляют при Кд = 1 от 3 до 90 на метр длины вала.

3.4 Определение осевой силы действующей на карданный вал

Кроме крутящего момента, на карданный вал действуют осевые силы Q, возникающие при перемещениях ведущего моста.

Задний мост при движении автомобиля по неровностям совершает качание относительно оси серьги рессоры по радиусу R1 . Карданный вал заднего моста колеблется вокруг точки по радиусу R2.Вследствие неравенства радиусов R1 и R2 совершаются осевые перемещения карданного вала. Величина осевого перемещения на преобладающих режимах эксплуатации составляет 2 - 5 мм. Величина осевой силы Q действующей на карданный вал при колебаниях автомобиля определяется по формуле: где Dш и dш - диаметры шлицев по выступам и впадинам; - коэффициент трения в шлицевом соединении. Коэффициентзависит от качества смазки: при хорошей смазке=0,04 0,6; при плохой смазке=0,11 0,12.В случае заедания при недостаточной смазке величина=0,40.

Для шлицевого соединения карданного вала автомобиля ЗИЛ-130 Dш = 62 мм, dш = 54 мм. Тогда величины осевой силы будут составлять: при хорошей смазке - =0,05,=1050 кгс; при плохой смазке - =0,115,=2400 кгс; при заедании - =0,45,=9480 кгс; Осевые усилия, возникающие в карданной передаче, нагружают подшипники К.П. и главной передачи.

Снижение осевой нагрузки будет иметь место при наличии соединения, в котором трение скольжения при осевом перемещении будет заменено трением качения (шлицы с шариками).

3.5 Расчет крестовины карданного шарнира

На шип крестовины карданного шарнира действует сила Р. Величина силы Р определяется по формуле, где R - расстояние от оси крестовины до середины шипа, R = 39 мм. Сила Р действует на шип крестовины, вызывая его смятие, изгиб и срез. Напряжение смятия не должно превышать 800 кгс/см2, напряжение изгиба - 3500 кгс/см2, напряжение среза - 1700 кгс/см2. Напряжение смятия равно 1040 кгс/см2, где d - диаметр шипа, d = 3,05 см, l - длина шипа, l = 2,5 см.

Напряжение изгиба=3480 кгс/см2, для шипа=2,8 кгс/см2. Напряжение среза=1080 кгс/см2. Силы Р, приложенные к шипам, дают равнодействующие N, вызывающие напряжение на разрыв в сечении. Напряжение на разрыв крестовины равно 760 кгс/см2.

3.6 Расчет вилки кардана

Сечение лапы вилки находится под одновременным воздействием изгиба и кручения. Сечения лапы вилки выполнено близким к прямоугольному. Для крестовины ЗИЛ-130 а = 60 мм, b = 27 мм, n = 2,22, с = 25 мм, m = 26,2 мм, R = 39 мм. Напряжение изгиба равно 1200 кгс/см2, напряжение кручения равно 1980 кгс/см2.

3.7 Расчет критического числа оборотов карданного вала

При вращении вала за счет центробежных сил, возникающих вследствие даже незначительного несовпадения оси вращения вала с центром тяжести, может возникнуть поперечный прогиб вала.

При приближении скорости вращения к критической, амплитуда поперечных колебаний вала возрастает и возможна поломка вала.

Карданный вал при изготовлении подвергается динамической балансировке, причем допустимый дисбаланс составляет 15-20 гсм.

Величина биения карданного вала в сборе не должна превосходить 0,5-0,8 мм.

На величину критической угловой скорости влияют:

a) характер защемления вала в опорах,

b) величины зазоров в соединениях и подшипниках,

c) несносность деталей,

d) некруглость и разностенность трубы и ряд других факторов.

Для вала постоянного сечения с равномерно распределенной нагрузкой, равной собственному весу, и свободно лежащего на опорах, которые не воспринимают изгибающих моментов.

Для ЗИЛ-130 D=75 мм =0,075 м; d=70 мм =0,07 м, число оборотов карданного вала составляет 6000 об/мин.

Работа трения на шипах карданного шарнира вызывает его нагрев. В уравнении теплового баланса: L - мощность, подводимая к карданному шарниру, вт (дж/сек); с = 500 дж/кгЧград; k - коэффициент; dt - прирост температуры нагреваемых деталей карданного шарнира.

Для ЗИЛ-130 S внешней щеки = 0,0037 м2, S внутренней щеки = 0,0019 м2, R-радиус подшипника = 0,0195 м, S половины боковой щеки = 0,0017 м2, S половины поверхности крестовины = 0,0033 м2, S всей поверхности крестовины = 0,0066 м2, S - общая площадь охлаждения деталей карданного шарнира = 4S щеки внешн. + 4(S щеки внутр.)+боков. щеки + S крестовины = 0,043 м2. Плотность стали 7,810-3кг/м3. Масса крестовины mк = 569 г. Общая масса: крестовины + 4 щеки вилки = 3,285 кг.

3.8 Материал деталей карданной передачи автомобиля ЗИЛ-130

Карданные валы: сталь20; труба, волоченая из холоднокатаной ленты (ТУ 1046-62); твердость HRC 80-100.

Вилка кардана (приварная): сталь35(ГОСТ 1050-60); твердость НВ 207-241.

Фланец-вилка: Сталь35 (ГОСТ 1050-60); твердость НВ 217-255.

Крестовина кардана: Сталь 20ХГНТР (ЧМТУ 22-58 ЦНИИЧМ); глубина нитроцементированного слоя шипов 1,1-1,5 мм; твердость поверхностного слоя HRC 60-65.

Скользящая вилка: Сталь 45 (ГОСТ 1050-60); глубина закаленного слоя 2-4 мм; твердость закаленного слоя HRC 42-56.

Шлицевая втулка промежуточного карданного вала: Сталь 40Х (ГОСТ 4543-61);твердость НВ 255-285.

Распорные втулки подшипника опоры промежуточного вала: Сталь 45 (ГОСТ 1050-60); глубина закаленного слоя 1,5-3 мм; твердость HRC 45-56.

Передняя и задняя крышки подшипника опоры промежуточного вала: Сталь 08, лист толщиной 1 мм (ГОСТ 3680-57 и ГОСТ 914 56).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Произведя проверочный расчет карданной передачи автомобиля ЗИЛ-130 на возможность передачи возросшего на 100% крутящего момента, можно сделать вывод, что данная карданная передача полностью не удовлетворяет возросшим требованиям. Для устранения возникших недостатков требуется усиление некоторых деталей карданной передачи:

1. Максимальное напряжение кручения превышает допустимое на 15%, угол закручивания превышает на 50% - это можно устранить, увеличив наружный и внутренний диаметры вала приблизительно на 10% (при сохранении пропорции);

2. Сила, действующая на шип крестовины, вызывает напряжение смятия на 30% превышающее допустимое - это можно устранить двумя путями:

а) путем применения более прочного материала, но этот способ менее предпочтителен, так как рассчитываемая крестовина изготовляется из высоколегированной стали с последующей термохимической обработкой и поэтому применение более дорогих сталей приведет к существенному подорожанию детали;

б) путем увеличения диаметра и длины шипа.

3. Наибольшее результирующее напряжение в точках вилки кардана превышает допустимое на 53% это можно устранить путем применения более прочного материала.

4. Интенсивный нагрев шарнира потребует применения более термостойкой смазки.

В данной работе мы произвели анализ литературы по исследуемой проблеме; рассмотрели устройство автомобиля ЗИЛ-130; проанализировали различные типы карданных передач и карданных шарниров, в том числе и установленных на ЗИЛ-130; охарактеризовали задний ведущий мост ЗИЛ-130; выделили устройство задней оси ЗИЛ-130; рассмотрели техническое обслуживание и ремонт ЗИЛ-130, в том числе правила техники безопасности; произвели расчет карданной передачи ЗИЛ-130, включая: проверочный расчет карданной передачи; нагрузочные режимы карданной передачи; расчет карданного вала; определение осевой силы действующей на карданный вал; расчет крестовины карданного шарнира; расчет вилки кардана; расчет критического числа оборотов карданного вала; установили материал деталей карданной передачи автомобиля ЗИЛ-130.

Данная тема очень интересна и требует ее дальнейшего изучения.

В результате проведенной работы была достигнута ее цель и получены позитивные результаты в решении всех поставленных задач.

ЛИТЕРАТУРА

1. Анохин В.И. Отечественные автомобили. М., «Машиностроение», 1968.

2. Боровских Ю.И. и др. Устройство автомобилей. - 2-е изд., стереотип.: Учебник для сред. проф.-техн. училищ / Ю.И. Боровских, В.М. Кленников, А.А. Сабинин. - М.: Высш. школа, 1979.

3. Бухарин Н.А., Прозоров В.С., Щукин М.М. Автомобили. Л., "Машиностроение", 1973.

4. Горчакова О.Д., Демкина Н.Р., Шабашова Л.Я. Автомобиль ЗИЛ - 130 и его модификации, 1975.

5. Звягин А.А., Кравченко П.А. Проектирование автомобиля, часть 3. Л.,ЛИСИ, 1973.

6. Зубарев А.А. Регулировка автомобилей ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131. Изд-во «Транспорт», 1969.

7. Калисский В.С. и др. Автомобиль категории С. Учебник водителя / В.С. Калисский, А.И. Манзон, Г.Е. Нагула. - М.: Транспорт, 1982.

8. Кленников В.М., Ильин Н. М. Автомобиль первого класса, 1972.

9. Малаховский Я.Э., Ленин А.А., Веденеев Н.К. Карданные передачи. М., 1962.

10. Михайловский Е.В., Серебряков К.Б., Тур Е.Я. Устройство автомобиля, 1985.

11. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкции, элементы расчета. М., "Машиностроение", 1989.

12. Роговцев В.Л. и др. Устройство и эксплуатация автотранспортных средств: Учебник водителя / Роговцев В.Л., Пузанков А.Г., Олдфильд В.Д. - 4-е изд., стер. - М.: Транспорт, 1998.

13. Рубец Д.А., Бочков В.М., Ерохов В.И. Эксплуатационные свойства приборов системы питания двигателей автомобилей ЗИЛ-130 и ГАЗ-53А. - Изд-во «Транспорт», 1972.

Приложение

Ведущий мост автомобиля ЗИЛ-130