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.