Конструирование и расчет автомобиля
4.1 Расчёт карданного вала
Максимальную частоту вращения карданного вала, соответствующую максимальной скорости автомобиля, рассчитывают по формуле:
,(4.1)
где nмах - максимальная частота вращения карданного вала, об/мин;
nN частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности, об/мин;
iв - передаточное число высшей ступени коробки передач;
k - коэффициент. k=1,0.
, об/мин;
Расчетный крутящий момент на карданном валу определяют по формуле:
, (4.2)
где Мк - расчетный момент на карданном валу, Нм;
i1 передаточное число первой ступени коробки передач.
,Нм;
Критическую частоту вращения карданного вала определяют по формуле:
, (4.3)
где nкр - критическая частота вращения карданного вала, об/мин;
Dв - внешний диаметр карданного вала, м;
dв - внутренний диаметр карданного вала, м;
Lв - длина карданного вала, м.
Из таблицы 4.1 находим:
Dв=88 мм;dв=82 мм;Lв=141см;
Момент сопротивления сечения кручению - 32,93 см3;
Полярный момент инерции сечения - 144,90 см4;
Таблица 4.1 - Размеры сечений труб карданных валов и их нагрузочная способность
Размеры сечения |
Момент сопротивления сечения кручению, |
Полярный момент инерции сечения, см4 |
Расчетный крутящий момент на карданном валу, при напряжении кручения, Н·м |
Допустимая длина карданного вала, при максимальной частоте вращения, см |
|||||
внутренний диаметр, мм |
толщина стенки, мм |
см3 |
100 - 120 МПа |
25 - 55 МПа |
3000 об/мин |
4000 об/мин |
5000 об/мин |
||
71 |
2,5 |
20,54 |
78,05 |
2054 - 2460 |
513 - 1128 |
169 |
147 |
131 |
|
71 |
3,0 |
24,84 |
95,63 |
2484 - 2980 |
621 - 1366 |
170 |
147 |
132 |
|
82 |
2,5 |
27,26 |
118,60 |
2726 - 3280 |
621 - 1366 |
181 |
157 |
140 |
|
82 |
3,0 |
32,93 |
144,90 |
3293 - 3950 |
621 - 1366 |
182 |
158 |
141 |
|
82 |
3,5 |
38,67 |
172,10 |
3867 - 4640 |
621 - 1366 |
182 |
158 |
141 |
|
82 |
4,0 |
44,51 |
200,30 |
4451 - 5340 |
621 - 1366 |
183 |
159 |
142 |
|
94 |
3,5 |
50,51 |
255,10 |
5051 - 6050 |
621 - 1366 |
195 |
169 |
151 |
|
94 |
4,0 |
58,08 |
296,20 |
5808 - 6950 |
621 - 1366 |
195 |
169 |
151 |
|
100,5 |
6,0 |
101,50 |
571,00 |
10150-12200 |
621 - 1366 |
202 |
175 |
157 |
|
104 |
4,0 |
70,76 |
396,30 |
7076 - 8500 |
621 - 1366 |
205 |
178 |
159 |
|
104 |
4,5 |
80,03 |
452,20 |
8003 - 9600 |
621 - 1366 |
206 |
178 |
159 |
|
104 |
5,0 |
89,40 |
509,60 |
8940-10700 |
621 - 1366 |
206 |
178 |
160 |
, об/мин;
Коэффициент запаса по критической частоте вращения:
;
;
Напряжение кручения трубчатого вала рассчитывают по формуле:
, (4.4)
где кр - напряжение кручения трубчатого вала, Па;
Wкр - момент сопротивления сечения кручению, м3;
Момент сопротивления сечения кручению - 32,93 см3;
, МПа;
Для карданных валов легковых автомобилей [кр]= 25 - 55 МПа.
На жесткость карданный вал рассчитывают по углу закручивания:
, (4.5)
где - угол закручивания карданного вала, град;
Jкр - полярный момент инерции сечения, м4;
G - модуль упругости при кручении, Па.
Модуль упругости при кручении - G= 8,5104 МПа,
Полярный момент инерции сечения - 144,90 см4 ;
, град;
Допустимый угол закручивания - []= 7 - 8 на один метр длины.