Статичне дослідження елементів трьохвальної коробки передач легкового автомобіля з поперечним розташуванням двигуна

Abstract

В роботі спроектовано трьохвальну коробку передач легкового автомобіля з поперечним розташуванням двигуна. Для визначення статичного дослідження елементів спроектованої трьохвальної коробки передач використовувався метод кінцевих елементів, який дає змогу досить повно врахувати геометричні форми та реальні умови роботи передач, розподілу зовнішніх навантажень, а також фізичні властивості використовуваних матеріалів. Для побудови тривимірної моделі зубчастих коліс використовувалось програмне середовище КОМПАС 3DV16. В якості розрахункової програми застосовано систему APM FEM («Автоматичне Проектування Машин»), яка являє собою інтегрований в КОМПАС-3D інструмент для підготовки і подальшого кінцево-елементного аналізу тривимірної твердотільної моделі. Матеріал застосований стандартний сталь з невисокими характеристиками міцності, який дозволить при збільшенні навантажень надалі застосувати більш високоміцні сталі. Створення сітки кінцевих елементів проводилось у відповідності зі стандартним алгоритмом. Тривимірні моделі шестерень розбиті на кінцеві елементи, що дозволить з високою точністю провести їх розрахунок. Для збільшення продуктивності модель була спрощена, виконано виключення з розрахунку деяких елементів (фасок, отворів, округлень), які не чинять значного впливу на міцність. Кріплення деталі виконано по внутрішніх отворах деталей. На відміну від класичного розрахунку на міцність зубів, коли зусилля прикладається тільки до лінії контакту зубів, у даному розрахунку шестерень максимальний момент був прикладений до всієї робочої поверхні зуба. Вихідними даними по навантаженні шестерні служить максимальний крутний момент створюваний на валу двигуна. Виходячи з отриманих результатів, можна сказати, що навантаження розподіляється по довжині зуба нерівномірно. Найбільші напруги виникають зі сторони прикладання навантаження до кромки зуба, а також у середній і нижній ніжки сполучення її з зубчастим вінцем. Різний розподіл зусиль на всій поверхні шестерень пов'язано, з різними кутами профілю вихідного контуру зубів. Також був виконаний розрахунок коефіцієнту запасу текучості та міцності, та розраховане максимальне переміщення. В результаті проведених розрахунків по запасу міцності і текучості, невеликі показники у шестерні постійного зачеплення пов'язано з тим, що зусилля для розрахунку було докладено до однієї кромки. З огляду на те, що при роботі шестерні в зачепленні будуть знаходитися всі зуби, сумарно коефіцієнт запасу міцності, і текучості буде порівнянний з шестернею п'ятої передачі. Додаток зусилля до однієї кромки виконано для спрощення розрахунку. Аналіз розрахунку власних частотних коливань і кутових (циклічних частот), показав їх незначний вплив на деталі і механізми при конструюванні коробки передач.

The design of the three-shaft gearbox of the car with the transverse arrangement of the engine is designed. To determine the static study of the elements of the designed three-wave gearbox, the finite element method was used, which allows to take into account the geometric forms and real conditions of transmission, the distribution of external loads, as well as the physical properties of the materials used. The COMPASS 3D V16 software environment was used to build the 3D gear model. APM FEM ("Automatic Machine Design") system, which is an integrated in COMPASS-3D tool for preparation and further finite element analysis of a three-dimensional solid model, is used as the calculation program. The material is a standard steel with low strength characteristics, which will allow the use of higher strength steels with increasing loads. The finite element grid was created according to the standard algorithm. Three-dimensional models of gears are divided into finite elements, which will allow them to calculate with high accuracy. To increase productivity, the model was simplified, exceptions were made for some elements (chamfers, holes, rounding) that do not have a significant effect on durability. Fastening of a part is made on internal openings of details. Unlike the classic calculation of dental strength, when the force is applied only to the tooth contact line, in this calculation, the maximum torque was applied to the entire working surface of the tooth. The output of the gear load is the maximum torque created on the motor shaft. Based on the obtained results, we can say that the load is distributed along the length of the tooth unevenly. The greatest stresses arise from the side of application of the load to the edge of the tooth, as well as in the middle and lower legs of pairing it with the gear crown. Different effort distribution over the entire surface of the gears is associated with different angles of the profile of the original contour of the teeth. Also, the calculation of the coefficient of fluidity and strength, and the maximum displacement was calculated. As a result of the calculations for the margin of safety and fluidity, the small figures in the gear of constant engagement are due to the fact that the efforts for the calculation were made to one edge. Given that the gear will be engaged in the gearing will be all the teeth, the total factor of safety, and the fluidity will be comparable to the gear of the fifth gear. One-edge effort is made to simplify the calculation. Analysis of the calculation of the natural frequency oscillations and angular (cyclic frequencies), showed their small influence on the details and mechanisms in the design of the gearbox.