01 марта 2016г.
Объект исследования.
Трехмерная модель картера раздаточной коробки автомобиля КамАЗ-63968, представленная на Рисунке 1.
Картер раздаточной коробки литой, состоит из двух частей, переднего и заднего фланца, соединенных с помощью болтов.
Материал деталей картера – чугун высокопрочный ВЧ-50 ГОСТ 7293-85, его физическо-механические свойства приведены в Табл.1.
Таблица 1
Физическо-механические свойства материала картера
|
Плотность, кг/м3
|
Коэф.
Пуассона
|
Модуль упругости,
ГПа
|
Предел текучести,
МПа
|
|
7000
|
0.29
|
170
|
320
|
Радиусы шестерен раздаточной коробки, передающих крутящий момент при включенной пониженной передаче, равны r1 = 0,10429 м для первой (входной) оси, r2 = 0,175 м для второй оси, r3 = 0,1365 м для третьей оси.
Методика проведения исследований.
2.1.
Построение расчетной модели.
На детали картера нанесена трехмерная сетка первого порядка номинальным размером 6 мм. Детали картера между собой соединялись склеенным контактным взаимодействием. Материал моделировался с линейными упругими свойствами, соответствующими свойствам материала картера (Табл.1). Изображение конечно-элементной модели картера представлено на Рисунке 2. Модель содержала 1468093 трехмерных элементов, 360425 узлов.
2.2.
Схема закрепления модели.
Закрепление модели производилось по всем степеням свободы в отверстиях под болты крепления картера к несущей системе (Рисунок 3).
2.3.
Схема нагружения модели.
Оценка прочности картера «РК» проводилась в процессе трогания автомобиля с места. Расчет производился при максимальном входящем крутящем моменте от гидромуфты Мвх = 3500 Н*м. Нагружение производилось силами Fр1, Fр2, Fр3 (Рисунок 4), распределенными по площади контакта опорных подшипников валов с картером. Схема нагружения представлена на Рисунке 4, где входной, второй (промежуточный) и третий (выходной) валы обозначены А, Б, В, соответственно.
В процессе трогания автомобиля с места третьему валу запрещено вращение относительно своей оси (закрепление в точке В на Рисунке 4). Соответственно, вращение запрещается входному и второму валам (обозначено «крестами» на отрезках АБ, БВ на Рисунке 4).
Крутящие моменты на втором и третьем валах, из передаточного отношения шестерен, равны:
Силы Fр1, Fр2, Fр3, с которыми валы А, Б, В действуют на подшипники, определяются по формуле 1, полученной из
уравнения моментов.
Силы действуют на
опорные
подшипники соответствующих валов
по нормали к линии, соединяющей шестерни.
Где Мкрi – входной момент РК, ri – радиус шестерни на входном валу Силы Fр1, Fр2, Fр3, действующие на валы, равны:
Результаты исследования.
Напряженно-деформированное состояние картера РК в условиях действующих нагрузок Fpi представлено на Рисунках 5-6.
Анализ результатов.
4.1.
Максимальные напряжения в модели картера РК составили 140 МПа в зоне прилива под болты крепления картера к несущей системе. В регулярных зонах картера напряжения не превысили 70 МПа.
4.2. Максимальные перемещения возникли в зоне контакта подшипников третьего вала с картером и составили 0,3 мм.
4.3.
Трудоемкость проведенного исследования составила:
-
Подготовка конечно-элементной модели 2 ч/д
-
Задание схемы нагружения 2 ч/д
-
Анализ результатов, подготовка отчета 2 ч/д Итого , было затрачено 6 ч/д.
Выводы и рекомендации.
Проведенный расчет напряженно-деформированного состояния картера раздаточной коробки автомобиля КАМАЗ-63968 показал, что:
5.1. 
При заданной схеме нагружения напряжения в картере РК более чем в 2 раза (320/140 = 2,28) меньше предела текучести материала (Табл.1).
5.2.
Прочность картера РК при заданном условии нагружения обеспечивается.
5.3. Рекомендуется провести кинематический расчет механизмов картера с целью определения всех нагрузок, возникающих в процессе работы механизмов картера, и провести повторный статический расчет прочности.
Термины и обозначения.
6.1. Предел текучести - механическое напряжение ζт, дальше которого упругая деформация тела (исчезающая после снятия напряжения) переходит
в пластическую (необратимую, когда
геометрия тела не восстанавливается после снятия деформирующего напряжения).
6.2. Напряженно-деформированное состояние (НДС) – совокупность внутренних напряжений и деформаций в конструкции, возникающих при действии на неѐ внешних нагрузок. НДС определяется в виде распределения напряжений, деформаций и перемещений в конструкции и является основанием для оценки статической прочности и ресурса конструкций.
Список литературы
1.
В.П. Когаев, Ю.Н. Дроздов. Прочность и износостойкость деталей машин. М.:Высшая школа, 1991.- 319 с.
