ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ 265 00 ΠΑΤΡΑ, ΕΛΛΑΣ UNIVERSITY OF PATRAS SCHOOL OF ENGINEERING DEPARTMENT of MECHANICAL ENGINEERING AND AERONAUTICS MACHINE DESIGN LABORATORY 265 00 PATRAS, HELLAS Χρήστος Α. Παπαδόπουλος ΑναπληρωτήςΚαθηγητής Chris A. Papadopoulos Associate Professor Tel: (+61) 99 7865, Fax: (+61) 99 6258 E-mail: Papadopoulos@mech.upatras.gr Συνθετική Εργασία Στοιχείων Μηχανών IΙ Β' εξάµηνο Ακαδηµαϊκού 'Ετους 1998-99 Πάτρα 9 Μαρτίου 1999 ΘΕΜΑ 1: ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΚΙΒΩΤΙΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΕΠΙΒΑΤΙΚΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ. Ζητείται να υπολογιστεί και να σχεδιαστεί κιβώτιο τεσσάρων εµπρόσθιων ταχυτήτων και µιας όπισθεν ενός επιβατικού αυτοκινήτου, για ισχύ εισόδου 60 kw στις 4000RPM. Οι σχέσεις µετάδοσης της πρώτης θέλουµε να είναι 3.3, της δεύτερης 1.9. της τρίτης 1.3, της τέταρτης 1 και της όπισθεν 3.5. Όλα τα γρανάζια θα κατασκευαστούν από χρωµιο-µολυβδενιούχο χάλυβα µε όριο θραύσης Su = 930 MPa, όριο ροής Sy = 785 MPa και σκληρότητα Brinell 226. Για τους άξονες χρησιµοποιείται σκληρός χάλυβας St.70. Να υπολογιστούν οι οδοντωτοί τροχοί των τεσσάρων ταχυτήτων και της όπισθεν. Να ορισθεί το modul των οδοντόσεων, ο αριθµός των δοντιών για την απαιτούµενη σχέση µετάδοσης. Να γίνει έλεγχος αντοχής σε κάµψη των δοντιών και επιφανειακής πίεσης µε την µέθοδο της AGMA. Να βρεθούν οι δυνάµεις στους τροχούς. Με βάση τις προσδιορισθείσες δυνάµεις να υπολογιστεί η διάµετρος του δευτερεύοντος άξονα για άπειρη διάρκεια ζωής. Θεωρήστε ότι ο χρόνος χρήσης των διαφόρων ταχυτήτων ακολουθεί την κατανοµή 26% η πρώτη, 20% η δεύτερη, 19% η τρίτη, 30% η τέταρτη και 5% η όπισθεν. Να υπολογίσετε την ελαστική γραµµή παραµόρφωσης κατά την φόρτιση του άξονα και να βρήτε την µέγιστη βύθιση. Είναι αυτή επιτρεπόµενη για την σωστή συνεργασία των γραναζιών; Να υπολογιστεί η αντοχή του οδοντωτού µηχανισµού συγχρονισµού εσωτερικά στο πολύσφηνο του άξονα και στα δόντια εµπλοκής του γραναζιού. Να υπολογιστεί η µέγιστη ροπή του κωνικού συµπλέκτη. Να υπολογιστούν και επιλεγούν τα κατάλληλα έδρανα. Να γίνει κατασκευαστικό σχέδιο του κιβωτίου σε τοµή. Να γίνουν τα σχέδια των απαραίτητων λεπτοµερειών. ΘΕΜΑ 2: ANAΛΥΣΗ ΚΙΒΩΤΙΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΕΠΙΒΑΤΙΚΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Το θέµα αυτό αναφέρεται στο ίδιο αντικείµενο µε το προηγούµενο µε την διαφορά ότι εδώ δίδεται ένα συγκεκριµένο κιβώτιο επιβατικού αυτοκινήτου και ζητείται ο προσδιορισµός της ισχύος που αυτό δύναται µε ασφάλεια να µεταφέρει. Οι σχέσεις µετάδοσης των ταχυτήτων καθορίζονται από τον αριθµό των δοντιών των γραναζιών των διαφόρων ταχυτήτων τα οποία θα πρέπει να µετρηθούν. Θεωρήσατε ότι οι στροφές στις οποίες αποδίδεται η προς υπολογισµό ισχύς είναι 4000 rpm. Όλα τα γρανάζια είναι κατασκευασµένα από χρωµιο-µολυβδενιούχο χάλυβα µε όριο θραύσης θραύσης Su = 930 MPa, όριο ροής Sy = 785 MPa και σκληρότητα Brinell 226. Για τους άξονες έχει χρησιµοποιηθεί σκληρός χάλυβαςst.70. Ζητείται να υπολογισθεί η ισχύς που οι οδοντωτοί τροχοί των τεσσάρων ταχυτήτων και της όπισθεν µε ασφάλεια µπορούν να µεταφέρουν. Η ισχύς αυτή θα υπολογιστεί α) µε έλεγχο αντοχής σε κάµψη των δοντιών και β) µε έλεγχο της επιφανειακής πίεσης µε την µέθοδο της AGMA. Με βάση τις δυνάµεις των γραναζιών που φορτίζουν τον δευτερεύοντα άξονα να υπολογιστεί η ισχύς που ο άξονας µπορεί µε ασφάλεια να µεταφέρει. Θεωρήστε ότι ο χρόνος εµπλοκής των διαφόρων
ταχυτήτων ακολουθεί την κατανοµή 26% η πρώτη, 20% η δεύτερη, 19% η τρίτη, 30% η τέταρτη και 5% η όπισθεν. Να υπολογίσετε την ελαστική γραµµή παραµόρφωσης κατά την φόρτιση του άξονα και να βρήτε την µέγιστη βύθιση. Είναι αυτή επιτρεπόµενη για την σωστή συνεργασία των γραναζιών; Ποιά η ισχύς που θα έπρεπε να µεταφερθεί και για πόσο χρονικό διάστηµα ώστε να έχουµε αστοχία του κιβωτίου σε 10 5 κύκλους; Να υπολογιστεί η ικανότητα µεταφοράς ισχύος του οδοντωτού µηχανισµού συγχρονισµού εσωτερικά, του πολύσφηνου του άξονα και των δοντιών εµπλοκής του γραναζιού. Να υπολογιστεί η ικανότητα του κωνικού συµπλέκτη. Να µετρηθούν τα έδρανα κύλισης και να προσδιοριστεί ο χρόνος ζωής τους. Να γίνει κατασκευαστικό σχέδιο του κιβωτίου σε τοµή. Να γίνουν τα σχέδια των απαραίτητων λεπτοµερειών. Για βοήθεια λόγω των καλών σχηµάτων δίνονται τα πιο κάτω σχήµατα που είναι από το βιβλίο "Το δεύτερο αυτοκίνητο".