Проектирование автомобилей и тракторов

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Сибирский федеральный университет

В. А. Зеер, Д. Л. Окладников, П. С. Литвинов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ 
И ТРАКТОРОВ

Учебное пособие

Красноярск 
СФУ 
2020

УДК 629.33.001.63(07)+629.36.001.63(07)
ББК 39.33-022я73+39.34-022я73
З-474

Р е ц е н з е н т ы: 
В. Н. Холопов, доктор технических наук, профессор, профессор 
кафедры «Автомобили и транспортно-технологические машины» Сибирского государственного университета науки и технологий имени 
академика М. Ф. Решетнёва;
А. В. Кузнецов, кандидат технических наук, доцент кафедры 
«Тракторы и автомобили» Красноярского государственного аграрного 
университета

Зеер, В. А.
З-474 
 
Проектирование автомобилей и тракторов : учеб. пособие / 
В. А. Зеер, Д. Л. Окладников, П. С. Литвинов. – Красноярск : 
Сиб. федер. ун-т, 2020. – 226 c.
ISBN 978-5-7638-4333-0

Представлены основы проектирования узлов и агрегатов автомобилей 
и тракторов, их технологического, дополнительного оборудования. Приведены 
нормативно-справочные, вспомогательные материалы, образцы, примеры, необходимые для проектирования техники и оборудования. Рассмотрен порядок 
проведения курсового проектирования. 
Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 23.05.01.01 
«Автомобили и тракторы».

Электронный вариант издания см.: 
УДК 629.33.001.63(07)+629.36.001.63(07)

http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 39.33-022я73+39.34-022я73

ISBN 978-5-7638-4333-0 
© Сибирский федеральный
университет, 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение .......................................................................................................6

1. Определение центра масс автомобиля  
с буксируемым орудием ............................................................................8

2. Расчет основных показателей ДВС, необходимых  
для движения автопоезда в заданных условиях ................................ 14
2.1. Определение требуемой мощности ДВС  
проектируемого ТС ............................................................................ 14
2.2. Построение скоростной характеристики ДВС  
проектируемого автомобиля.............................................................. 19

3. Подбор передаточных чисел трансмиссии ..................................... 22
3.1. Расчет параметров главной передачи ............................................... 22
3.2. Определение передаточных чисел КПП .......................................... 23
3.3. Расчет параметров раздаточной коробки ......................................... 25

4. Анализ эксплуатационных свойств  
проектируемого автомобиля ................................................................. 28
4.1. Анализ тягово-скоростных свойств  
проектируемого автомобиля.............................................................. 28
4.2. Определение показателей маневренности  
проектируемого автомобиля.............................................................. 33
4.3. Определение показателей устойчивости  
проектируемого автомобиля.............................................................. 34

5. Проектирование дополнительного оборудования ........................ 36

6. Соединения деталей машин и методики  
их прочностных расчетов ...................................................................... 38
6.1. Общие сведения ................................................................................. 38
6.2. Резьбовые соединения  ...................................................................... 41
6.2.1. Геометрические параметры резьбы ....................................... 42
6.2.2. Основные типы резьб ............................................................. 44
6.2.3. Прочностные расчеты резьбовых соединений ..................... 47
6.3. Заклепочные соединения ................................................................... 56
6.4. Прессовые соединения ...................................................................... 61
6.5. Шпоночные соединения .................................................................... 64
6.6. Зубчатые (шлицевые) соединения .................................................... 71
6.7. Сварные соединения .......................................................................... 74

Оглавление

7. Методики расчета типовых элементов конструкций .................. 79
7.1. Методика расчёта лапы съёмника .................................................... 79
7.2. Методика расчета на контактную прочность .................................. 80
7.3. Методика расчета оси грузоподъемной машины ............................ 82
7.3.1. Расчёт оси грузоподъемной машины  
на статическую прочность  .................................................... 82
7.3.2. Расчёт оси грузоподъемной машины  
на усталостную прочность ..................................................... 83
7.4. Методика расчёта грузовой скобы .................................................... 84
7.5. Методика расчета пальца  ................................................................. 85
7.6. Методика расчёта подкоса................................................................. 86
7.6.1. Силовой анализ кронштейна .................................................. 87
7.6.2. Методика расчета стойки ....................................................... 90
7.6.3. Методика расчета стрелы ....................................................... 91

8. Проектирование приводов механизмов .......................................... 94
8.1. Кинематический и силовой расчет приводов .................................. 94
8.1.1. Составление кинематической схемы привода ...................... 95
8.1.2. Определение параметров и подбор электродвигателя ......... 97
8.1.3. Определение передаточных чисел привода .......................... 97
8.1.4. Определение частот вращения валов привода ..................... 99
8.1.5. Определение вращающих моментов на валах привода ..... 100
8.2. Цепные передачи .............................................................................. 101
8.2.1. Расчет цепных передач  ........................................................ 102
8.2.2. Проектировочный расчет цепных передач ......................... 104
8.2.3. Проверочный расчет цепной передачи ............................... 108
8.3. Расчет ременных передач ................................................................ 111
8.3.1. Проектировочный расчет плоскоременных передач ......... 112
8.3.2. Проверочный расчет плоскоременных передач ................. 116
8.4. Расчет клиноременных передач ...................................................... 118
8.4.1. Проектировочный расчет клиноременных передач ........... 118
8.4.2. Проверочный расчет клиноременных передач ................... 123
8.5. Расчет цилиндрических зубчатых передач .................................... 124
8.5.1. Расчет допускаемых напряжений шестерен и колес ......... 125
8.5.2. Проверочный расчет ............................................................. 143
8.6. Расчет червячных передач ............................................................... 149
8.6.1. Выбор материала червяка и шестерни ................................ 150
8.6.2. Расчет допускаемых контактных напряжений ................... 152
8.6.3. Расчет допускаемых напряжений изгиба ............................ 154

Оглавление

8.6.4. Расчет предельных допускаемых напряжений ................... 155
8.6.5. Проектировочный расчет червячной передачи .................. 156
8.6.6. Определение основных параметров  
червячной передачи .............................................................. 157
8.6.7. Проверочный расчет червячной передачи .......................... 163

Библиографический список ................................................................ 172

Приложения ........................................................................................... 175
Приложение А1 ....................................................................................... 175
Приложение А2 ....................................................................................... 176
Приложение А3 ....................................................................................... 177
Приложение А4  ...................................................................................... 178
Приложение А5  ...................................................................................... 179
Приложение А6 ....................................................................................... 180
Приложение Б1 ........................................................................................ 181
Приложение Б2 ........................................................................................ 183
Приложение Б3 ........................................................................................ 186
Приложение Б4 ........................................................................................ 192
Приложение Б5 ........................................................................................ 194
Приложение Б6 ........................................................................................ 196
Приложение Б7 ........................................................................................ 202
Приложение Б8  ....................................................................................... 206
Приложение Б9  ....................................................................................... 208
Приложение Б10 ...................................................................................... 210
Приложение Б11 ...................................................................................... 212
Приложение Б12  ..................................................................................... 218
Приложение Б13 ...................................................................................... 219
Приложение Б14 ...................................................................................... 220
Приложение Б15 ...................................................................................... 221
Приложение Б16 ...................................................................................... 222
Приложение Б17 ...................................................................................... 223
Приложение Б18 ...................................................................................... 224

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Проектирование автомобилей и тракторов» является одной из базовых профессиональных дисциплин 23.05.01 «Наземные 
транспортно-технологические средства» специализации 23.05.01.01 
«Автомобили и тракторы». Знания и умения, получаемые в результате 
освоения курса, необходимы для дальнейшего обучения по дисциплинам «Конструирование и расчет автомобилей и тракторов», «Технологии производства автомобилей и тракторов» и др., а также для успешного выполнения и защиты дипломного проекта. Теоретический материал 
включает в себя несколько глав, тесно связанных между собой и образующих общее понимание основ, целей и задач проектирования новой 
техники, технологического и дополнительного оборудования к ней. Одной из контрольных точек, оценивающих освоение дисциплины, является защита курсового проекта. Выполнение курсового проектирования 
позволяет развивать, закреплять у студента профессиональные навыки 
в области выбранной специальности.
Качество подготовки, а также умение студента самостоятельно решать поставленные задачи, использовать полученные знания и практические навыки оценивает на основе предоставленных материалов преподаватель. 
В рамках работы на первом этапе студент выполняет проектирование автомобиля под заданные условия, включая буксируемое орудие. В качестве прототипа используется один из серийно выпускаемых 
автомобилей, находящихся в эксплуатации в Вооруженных силах РФ, 
то же относится к орудиям и боеприпасам к ним. При проектировании 
автомобиля определяются необходимые параметры силовой установки, 
трансмиссии и т. д. На основании полученных данных проводится анализ эксплуатационных свойств проектируемого ТС (тягово-скоростных, 
маневренности и устойчивости) и сравнение их с прототипом. Второй 
частью проекта является разработка дополнительного оборудования, 
в ходе выполнения которой необходимо:
• привести технико-экономическое обоснование разрабатываемому оборудованию (сформулировать его цель, назначение, принцип действия, отличие от аналогов, дать количественную оценку эффекта от применения данного оборудования и др.); 

Введение

• спроектировать дополнительное оборудование в эскизной проработке; 
• определить расчетную схему/ы дополнительного оборудования, его элементов (определить силы, моменты, действующие на элементы дополнительного оборудования);
• произвести прочностные расчеты как минимум трех деталей 
либо соединений деталей. 
Такая организация работы студента на практике позволяет получить в дальнейшем максимальную эффективность при подготовке 
и успешной защите как курсового, так и дипломного проектов.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА МАСС АВТОМОБИЛЯ 
С БУКСИРУЕМЫМ ОРУДИЕМ

В соответствии с индивидуальным заданием на проектирование 
(см. прил. А) необходимо определить: автомобиль-прототип (общая компоновка, массогабаритные параметры снаряженного автомобиля, схема 
трансмиссии, типоразмер колес), буксируемое орудие (массогабаритные 
размеры), перевозимый груз – боеприпасы (индекс выстрелов и их количество), количество пассажиров (бойцов) и характеристика условий 
движения (максимальная скорость, дорожное покрытие, преодолеваемый 
подъем для автомобиля одиночного либо с буксируемым орудием).
При определении нормальных реакций дороги, действующих 
на оси автомобиля (автопоезда), нужно найти координаты центра масс 
груженого автомобиля. Для этого: 
• вычерчивается контур автомобиля с буксируемым орудием 
(в стандартизованном масштабе) в 3 проекциях с размещением груза и пассажиров (согласно заданию принимаются габаритные размеры прототипа 
автомобиля, орудия, объема боеприпасов, среднестатистического размера 
бойца), при необходимости разрешается увеличение грузовой платформы; 
• указываются центры масс (снаряженного автомобиля, водителя с пассажиром, находящихся в кабине, перевозимых боеприпасов), 
а также масса от орудия на прицепном устройстве; определяются (геометрически) координаты центров масс, указанных объектов, включая 
прицепное устройство.
При разработке расчетной схемы необходимо придерживаться 
следующих рекомендаций (допущений): 
• в случае наличия задней и/или передней тележки (сдвоенные 
оси) для автомобилей с колесными формулами 8×8, 6×6 принимаем нормальные реакции дороги на заднюю и/или переднюю тележки посередине между осями тележки;
• в случае если неизвестны координаты центра масс снаряженного автомобиля-прототипа, принимаем их равными: 
ордината
 
h0 = 1,5·rk, 
(1.1)

1. Определение центра масс автомобиля с буксируемым орудием

абсцисса x0
 
x0 = 0,25·L, 
(1.2)

где h0 – ордината центра масс снаряженного автомобиля, м; rk – свободный радиус колеса автомобиля, м; L – база автомобиля, м,
либо определяем из уравнения моментов, составленного относительно передней оси автомобиля (в случае если известна развесовка по 
осям снаряженного автомобиля-прототипа):

 
(m02 · L – m0 · x0) · g = 0, 
(1.3)

где m02 – масса, приходящаяся на заднюю ось (тележку) снаряженного 
автомобиля-прототипа, кг; L – база автомобиля-прототипа, м; m0 – масса 
снаряженного автомобиля, кг; x0 – абсцисса центра масс снаряженного 
автомобиля, м; g – ускорение свободного падения, м/с2;
• массу mпр.кр на прицепном устройстве принимаем равной одной 
четверти от полного боевого веса орудия: 

 
mпр.кр = 0,25 ∙ mор, 
(1.4)

где mор – полный боевой вес орудия,
• массу водителя и пассажира (бойцов) mч и принимаем по среднестатистическим данным:

 
mч = mч.ст + mобм, 
(1.5)

где mч – масса водителя, пассажира (бойца), кг; mч.ст – масса среднестатистического человека,75 кг; mобм – масса (полной выкладки солдата), 25 кг;

Рис. 1.1. Схема определения положения центра тяжести экипажа

Проектирование автомобилей и тракторов

• при определении положения центра тяжести сидящего экипажа 
принимаем, что он расположен в точке, находящейся на высоте 260 мм 
от самой низкой точки сиденья и на расстоянии 200 мм от нижнего края 
спинки (рис. 1.1);
• массу груза (боеприпасов) mгр определяем согласно заданию 
и с учетом масс специальной упаковки (ящиков):

 
mгр = zящ (mящ + zсн.в ящ · mсн), 
(1.6)

где zящ – количество ящиков с боеприпасами, шт; mящ – масса ящика 
(упаковки), кг; zсн.в ящ – количество снарядов в ящике, шт; mсн – масса 
снаряда, кг;
• центр масс перевозимого груза располагаем в центре пространства, занимаемого этим грузом;
• при размещении груза необходимо учесть особенности, условия для размещения боеприпасов (количество, номенклатура, уровень 
загрузки и др.), а также массогабаритные размеры груза. В случае больших расхождений массогабаритных размеров груза относительно прототипа (более 25 %) необходимо уточнить задание.
Полная масса автомобиля, кг, с учетом буксируемого орудия

 
mа = m0 + z · mч + mгр + mпр.кр, 
(1.7)

без учета буксируемого орудия

 
mа = m0 + z · mч + mгр, 
(1.8)

где z – число пассажиров вместе с водителем, шт.
Определяем абсциссу центра масс груженого автомобиля xа по 
уравнению моментов, составленных относительно передней оси (тележки) – центра О (рис. 1.2), м, при этом не забывая учитывать знак «±» 
в зависимости от направления действия момента:
с учетом буксируемого орудия

[(m0 · x0) + (mгр · xгр) + (mч · xч·z) + (mпр.кр · xкр) – (mа · xа)] · g = 0,  (1.9)

отсюда 

xа = 
 
 
 

0
0
гр
гр
ч
ч
кр
пр.кр

а

x
m
x
m
x
m
z
x
m

m










, 
(1.10) 

 

 
xа = 
 
 

0
0
гр
гр
ч
ч

а

x
m
x
m
x
m
z

m







, 
(1.12) 

 

 
hа = 
 
 
 

0
0
гр
гр
ч
ч
пр.кр
кр

а

m
h
m
h
m
h
z
m
h

m









, 
(1.13) 

 

 
hа = 
 
 

0
0
гр
гр
ч
ч

а

m
h
m
h
m
h
z

m







, 
(1.14) 

 

Rz2 = 
а
а
m
x
g

L


 = mа2 · g, 

 

 
Rz1 = 


а
а
m
L
x
g

L




 = mа1 · g, 
(1.17) 

 
 
 

 
Pev = 



а
max

в.о
тр.в
1

v
m
g
F
k



 


 vmax, 
(2.2) 

 

 
Pev = 



а
max

в.о
тр.в
1

v
m
g
F
k



 


 vmax + (0,75 · mор · ψv) 
(2.3) 

 

 
fк = fо ·

2
max
1
1500
v







, 
(2.6) 

 

 
ω = 2
60
n

, 
(2.13) 

 
 
 

         (1.10)