Đồ án thiết kế hộp số kết cấu và tính toán ô tô

Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn tô Đồ án "Thiết kế hộp số" Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn tơ MỤC LỤC Trang Đồ án môn học Kết cấu tính tốn tơ LỜI NĨI ĐẦU 1.CÔNG DỤNG , YÊU CẦU , PHÂN LOẠI .3 2.CHỌN LOẠI HỘP SỐ VÀ SỐ TAY SỐ 2.1.CHỌN LOẠI HỘP SỐ: 2.2 XÁC ĐỊNH TỈ SỐ TRUYỀN ,SỐ CẤP 2.3 SƠ ĐỒ ĐỘNG CỦA HỘP SỐ 2.4 XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN CÁC TAY SỐ TRUNG GIAN 10 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA HỘP SỐ 11 3.1 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA TRỤC .11 3.1.1 Khoảng cách trục hộp số: 11 3.1.2.Kích thước chiều trục hộp số: 11 3.1.3 Đường kính trục hộp số: 12 3.1.4 Kích thước loại ổ trục: .12 3.2 CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA BÁNH RĂNG: 13 3.2.1.Số tổng cặp bánh răng: .14 3.2.2 Xác định số bánh răng: 14 3.2.3 Mômen truyền đến trục bánh tay số: 18 3.2.4 Lực tác dụng lên bánh răng: 19 3.2.5 Tính ứng suất tiếp xúc .22 3.2.6 Tính sức bền trục .23 TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT VÀ CÁC CỤM CỦA HỘP SỐ .26 4.1 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH TRỤC VÀ KIỂM TRA ĐỘ CỨNG VỮNG 26 4.1.1 Chọn sơ kích thước trục: 26 4.1.2 Tính trục theo cứng vững .26 4.2 TÍNH TỐN ĐỒNG TỐC 31 4.2.1 Nhiệm vụ tính tốn: 31 4.2.2 Sơ đồ tính đồng tốc 31 4.2.3 Trình tự tính tốn đồng tốc 32 4.2.4 Tính tốn kiểm tra: 36 4.2.5 Xác định góc vát bề mặt hãm () phận khóa: 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 LỜI NĨI ĐẦU Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn tơ Ơ tơ máy kéo phượng tiện sản xuất kinh doanh sinh hoạt, thiếu đời sống Cùng với tiến chung khoa học Ngành tơ có bước phát triển với thành quan trọng Những biến đổi mà địi hỏi phải có nhận thức sâu rộng, vấn đề có liên quan đến cơng nghệ ô tô Tuy muốn tiếp thu kiến thức phải nắm vững kiến thức Những kiến thức làm tản cho bước phát triẻn Vì đồ án kết cấu tính tốn tơ bước cố phát triển hiểu biết có từ mơn học có liên quan Lần làm quen với việc tính tốn thiết kế nên có nhièu khó khăn phức tạp Với nhận thức hạn chế nhiều mặt nên trình làm đồ án em cịn vướng phải thiếu sót, mong quan tâm giúp đỡ thầy mơn Để hồn thành đồ án em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy LÊ VĂN TỤY thầy môn bạn lớp Sinh viên thực Đinh Tuấn Vũ CÔNG DỤNG , YÊU CẦU , PHÂN LOẠI 1.1 CÔNG DỤNG : 1.2 YÊU CẦU - Có tỷ số truyền số lượng tay số thích hợp , đảm bảo chất lượng dộng lực có tính kinh tế nhiên liệu cần thiết cho ô tô máy kéo Làm việc êm dịu ,chuyển số nhẹ nhàng thuận tiện , khơng va đạp Có vị trí trung gian để cắt lâu dài động khỏiû hệ thống truyền lực Kết cấu đơn giản , làm việc tin cậy , bền vững Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn tơ - Hiệu suất cao ,kích thước khối lượng nhỏ , giá thành rẻ 1.3 PHÂN LOẠI - Theo phương pháp điều khiển chia loại : điều khiển tay, điều khiển tự động bán tự động Theo số cấp phân loại:3,4,5 nhiều cấp Theo sơ đồ động ,phân ra: Hộp số với trục cố định hộp số hành tinh Theo số lượng phần tử điều khiển càn thiết để gài số truyền ,phân ra: một,hai,hay ba phần tử điều khiển Số lượng phần tử điều khiển lớ thường dùng hộp số nhiều cấp Theo số lượng dòng lực , phân : ,hai, hay ba dòng.Tăng số lượng dòng lực làm phức tạp kết cấu Tuy cho phép giảm tải trọng tác dụng lên báng răng,trục va ổ trục nhue kích thước chúng 2.CHỌN LOẠI HỘP SỐ VÀ SỐ TAY SỐ 2.1.CHỌN LOẠI HỘP SỐ: Trên ô tô nay, sử dụng chủ yếu loại hộp số có trục cố định, điều khiển tay Loại hộp số có ưu điểm kết cấu đơn giản, hiệu xuất cao (0,96  0,98), kích thước trọng lượng nhỏ Trong loại hộp số trên, hộp số ba trục cố định, có trục sơ cấp trục thứ cấp đồng tâm sử dụng phổ biến có ưu điểm là: có khả tạo số truyền thẳng cách nối tiếp trục sơ cấp thứ cấp Khi làm việc số truyền thẳng, bánh răng, ổ trục trục trung gian giảm tải hồn tồn nên giảm mài mịn, tiếng ồn mát công suất Ở số truyền khác, mơ men truyền qua hai bánh răng, tạo tỷ số truyền lớn với kích thước nhỏ gọn Nhờ giảm trọng lượng tồn ô tô Tuy nhiên loại hộp số có nhược điểm là: - Hiệu suất giảm tay số trung gian - Ổ bi gối đỡ trước trục thứ cấp, bố trí lỗ phần bánh công xôn trục sơ cấp, nên làm việc căng thẳng kích thước bị hạn chế điều kiện kết cấu Đồ án môn học Kết cấu tính tốn tơ Hình 2.1 Sơ đồ động hộp số ba trục Ngồi hộp số có ba trục cố định, có trục sơ cấp thứ cấp đồng tâm cịn có hộp số có hai trục cố định, loại hộp số có ưu điểm là: - Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu có hiệu suất cao tay số trung gian - Dễ bố trí đơn giản kết cấu, hệ thống truyền lực xe đặt động gần cầu chủ động Tuy loại hộp số có hai trục cố định có nhược điểm là: - Do khơng có số truyền thẳng, bánh ổ trục không giảm tải số truyền cao, làm tăng mài mòn chi tiết, đồng thời gây tiếng ồn - Giá trị tỷ số truyền tay số thấp bị hạn chế, muốn khắc phục phải giảm tỷ số truyền tay số cao tăng tỷ số truyền lực i o Với đặc điểm hộp số hai trục thường sử dụng ô tô du lịch thể thao có động bố trí cạnh cầu chủ động máy kéo có hộp số bố trí chung vỏ với truyền lực Hình 2.1 Sơ đồ động hộp số hai trục Ơ tơ để thiết kế loại ô tô vận tải dùng để vận chuyển hàng hoá, làm việc điều kiện thường xuyên thay đổi tải, có tỷ số truyền lớn nên ta chọn hộp số ba trục cố định, có trục sơ cấp thứ cấp đồng tâm vì: hộp số có ưu điểm bậc trục sơ cấp thứ cấp đồng tâm làm số truyền thẳng, trường hợp hiệu suất Đây điều quan trọng tơ vận tải thời gian ô tô vận tải làm việc số truyền thẳng chiếm tỉ lệ cao Mặc khác ô tô chạy đoạn đường phẳng gài số truyền thẳng, thời gian sử dụng tay số trung gian it Vì tuổi thọ tô kéo dài 2.2 XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN , SỐ CẤP 2.2.1 Xác dịnh tỷ số truyền Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn tô Tỷ số truyền xác định theo [ ] -Khả thắng sức cản lớn điều kiện cho trước ih1 Trong : Theo đề cho trước = 0,3 : hệ số cản lớn đường G = 155000(N) :Trọng lượng toàn xe = 0,5 (m) : bán kính bánh xe = 617 (Nm) :Mômen cực đại = : Tỉ số truyền lực Theo [6] : ta có = 0,75 0,85 chọn =0,8 Vậy : ih1 = 7,8 - Khả tạo lực cản lớn theo điều kiện bám ih1 Trong : Theo đề cho = (70.155000)/100=108500(N) :Trọng lượng bám xe = 0,5(m) :bán kính bánh xe = 617(Nm) : Mômen cực đại = : Tỉ số truyền lự Theo [6]:ta có = 0,75 0,85 chọn =0,8 =0,7 0,8 chọn =0,75 Vậy : ih1 = 13,7 -Khả chuyển động với tốc dộ ổn định tối thiểu để động điều kiện địa hình chật hẹp ih1 Trong : :tốc độ chuyển động ổn định nhỏ (km/h) chon =5 (km/h) : vòng quay ổn dịnh tối thiểu động Đốivới động điêzel =350 700(v/ph) chọn =500(v/ph) Vậy: ih1 Theo điều kiện : Ta chọn 2.2.2 Số cấp hộp số =3,14 Đồ án môn học Kết cấu tính tốn tơ Hộp số ô tô thuyết kế loại ô tô tải,vì để nâng cao tính chất động lực học tô, nâng cao hiệu suất hệ thống truyền lực nên chọn tỷ số truyền tay số cao hộp số số truyền thẳng nghĩa ihn= Số cấp hộp số (n) xác định phụ thuôc vào: - Chủng loại công dụng ô tô - Vào giá trị khoảng tỷ số truyền Ki Ki = ih1/ihn (2.1) Trong đó: ih1 tỷ số truyền tay số hộp số ihn tỷ số truyền tay số cao hộp số Nói chung, tăng số cấp hộp số tăng mức độ sử dụng công suất động cơ, tăng tính kinh tế nhiên liệu, tốc độ trung bình vậy, tăng suất giảm giá thành vận chuyển.Tuy tăng số cấp làm phức tạp kết cấu q trình điều khiển, tăng kích thước, giá thành hộp số Đối với ô tô tải số cấp hộp số từ n =  22 ừng với Ki =  25 Ki lớn số cấp tăng Sau bảng số liệu thống kê ô tô tải theo giá trị khoảng truyền Ki Bảng 2.1 Bảng giá trị tay số ô tô tải theo khoảng tỷ số truyền Ki Khoảngsố 5,78,5 5,78,5 5,78,5 5,78,5 5,78,5 5,78,5 truyền Ki Số cấp n 10 16 20 Tuy nhiên có su hướng tăng số cấp khoảng tỷ số truyền tăng khối lượng ô tô, đặc biệt đồn xe kéo mc, để bù lại cho giảm công suất riêng chúng.Tăng số cấp khoảng tỷ số truyền hộp số ô tô tải trọng lớn, cho phép sử dụng hiệu công suất động ô tô làm việc với mức tải điều kiện đường xá khác Đối vớicác ô tô này, vùng số hay sử dụng nhất, khoảng cách tỷ số truyền tay số kề qi,i+1 = ihi/ih(i+1) cần phải nằm giới hạn 1,31,4 Khoảng lớn làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu giảm chất lượng động lực học tơ khó chuyển tay số Khoảng cách nhỏ lại làm cho người lái khó khăn vấn đề lựa chọn tay số thích hợp Ở tay số sử dụng hơn, khoảng cách số tăng lên Tuy không nên 1,61,7 để bảo đảm khả chuyển số Kết hợp hai điều kiện giả thuyết dãy tỷ số truyền bố trí theo cấp số nhân, xác định sơ bộ:  n-  (2.2) Ở qti,i+1 khoảng cách tỷ số truyền hai số liên tiếp vùng số thấp qti,i+1 = 1,61.7 chọn qti,i+1 = 1,7 qci,i+1 khoảng cách tỷ số truyền hai số liên tiếp vùng số cao q ci,i+1 = 1,31,4 chọn qci,i+1 = 1,4 ; n: số cấp Tỷ số truyền thấp i1 = 8,5 Tỷ số truyền tay số cao ihn = Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn tơ Ki= i1 /ihn = 8,5/ =8.5 thay vào cơng thức 2.2 ta có:  n-   n-   5,04 n  7,2 Vậy ta chọn hộp số có cấp (n=5) Do tơ chạy có cần phải quay đầu ta chọn thêm tay số lùi để thuân lợi cho việc điều khiển ô tô 2.3 SƠ ĐỒ ĐỘNG CỦA HỘP SỐ Sơ đồ động hộp số ba trục có trục thứ cấp nhau, khác chủ yếu số lượng cặp bánh ln ln ăn khớp cách bố trí số lùi Ở hầu hết tay số sử dụng cặp bánh nghiêng thường xuyên ăn khớp Để gài số, dùng ống gài đồng tốc Riêng bánh số số lùi dùng phương án sau: Bánh số số lùi ăn khớp thường sử dụng trường hợp thời gian làm việc số số lùi lớn Ưu điểm: mặt dầu vành khơng bị ăn mịn, hành trình nạng chuyển số nhỏ Nhược điểm: cần đặt tự trục thứ cấp bánh số lùi kích thước lớn, làm tăng số lượng bánh mơ men qn tính chi tiết quay, tăng tải trọng tác dụng lên đồng tốc Ngồi cịn có cách bố trí bánh số lùi không luôn ăn khớp, bánh số lùi số không luôn ăn khớp Tuy nhiên cịn có hai phương án khơng cần có bánh số lùi đặt riêng trục thứ cấp Để gài số lùi số dùng bánh di trượt Bánh trung gian(đặt trục số lùi) làm hay hai vành Phương án vành có kết cấu đơn giản hơn, điều kiện làm việc bánh khơng có lợi, chụi ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng Phương án hai điều kiện ứng suất thuận lợi hơn: thay đổi theo chu trình mạch động, cho phép thực số lùi với tỷ số truyền lớn Chọn phương án bố trí số lùi bánh số số lùi không ln ăn khớp Vì có đặc điểm gài số lùi dễ dàng, cần dịch chuyển bánh số I z4 z4 z3 z1 z5 z5 z1 z2 z3 z2 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí số lùi ô tô thiết kế Đồ án môn học Kết cấu tính tốn tơ Bánh tay số thấp(như số số lùi) chụi lực lớn thời gian làm việc hơn, nên bố trí sát gối đỡ sau Bánh tay số cao thời gian làm việc nhiều,bố trí khoảng trục, vùng có góc xoay nhỏ nhất, nhờ điều kiện ăn khớp bánh tốt nên giảm tiếng ồn mài mòn Hầu hết tay số dùng bánh nghiêng đồng tốc Các tay số số lùi có thẳng gài băng phương pháp trượt Mặt khác tay số 2,3,4,5 sang số có tốc độ lớn nên mặt dù cắt ly hợp song qn tính nên bánh cịn quay với tốc độ khác nhau, gài vào sinh lực va đập Để khắc phục tượng đơn giản hóa thao tác cho người lái nên hộp số có bố trí hai đồng tốc để gài số số hai số ba, số bốn số năm Để hai bánh chưa đồng tốc cấu khơng cho chúng gài vào cách tạo lực cản chống lại lực tay người lái tác dụng lên cần số Dùng mô men ma sát bề mặt côn tiếp xúc để khắc phục mơ men qn tính, bánh đồng tốc độ lực cản nêu bị triệt tiêu, lúc lực tay người lái đủ thắng định vị lò xo bi, gạt bánh ăn khớp với cách êm dịu za z4’ za’ L z3’ zL’ z4 z1’ z1 z3 z Hình 2.3 Sơ đồ độngL hộp số thiết kế 2.4 XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN CÁC TAY SỐ TRUNG GIAN Chọn hệ thống tỷ số truyền số trung gian hộp số theo cấp số nhân - Cấp số nhân sử dụng rộng rải để chọn hệ thống tỷ số truyền ô tô cần thiết kế - Dựa sở dụng công suất trung bình động làm việc chế độ tồn tải khơng thay đổi q trình gia tốc tơ - Ơ tơ thơng thường hay sử dụng số cao hộp số, khu vực số lượng tỷ số truyền so với số lượng tỷ số truyền có số thấp, nhược điểm chọn hệ thống tỷ số truyền cho số trung gian theo cấp số nhân - Đối với hộp số có cấp lượng số truyền bị hạn chế, hạn chế khả tăng vận tốc trung bình ô tô hệ số sử dụng tải trọng động 10 Đồ án môn học Kết cấu tính tốn tơ u3= 0,24.P3/(b.mn.y) = 0,24.19273,37.10-6/(33,6.10-3.4.10-3.0,142) = 242,37 (MN/m2) Ứng suất cặp bánh gài số bốn ztđ4 = z4/cos3 = 51/cos3220 = 63,99  64 (răng) tra bảng tài liệu có: y = 0,148 u4 = 0,24.P4/(b.mn.y) = 0,24.20978.10-6/(33.10-3.4.10-3.0,148) = 253,11 (MN/m2) Ứng suất cặp bánh gài số lùi ztđl = zl/cos3 = 15/cos300 = 15 (răng); tra bảng tài liệu có: y = 0,144 ul = 0,36.Pl/(b.m.y) = 0,36.40 363.10-6/(33,6.10-3.4.10-3.0,144) = 785,6(MN/m2) Ở ô tô tải ứng suất uốn bánh trụ thẳng số cao cặp bánh ăn khớp nằm giới hạn (400  850 MN/m2) Ứng suất uốn bánh trụ nghiêng cặp bánh ăn khớp nằm giới hạn (100  250 MN/m2) Vậy ứng suất uốn bánh hộp số thỏa mãn yêu cầu 3.2.5 Tính ứng suất tiếp xúc Sự hao mịn bánh phụ thuộc phần lớn trị số ứng suất tiếp xúc (áp suất) tâm ăn khớp Ứng suất tiếp xúc tx [MN/m2] tính theo cơng thức sau: tx = 0,418 (4.10) Ở đây: P(MN) lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh răng; b(m): chiều rộng bánh E = 2,1.105(MN/m2) mô đuyn đàn hồi;  = 220 góc ăn khớp; 1, 2 bán kinh cong bề mặt điểm tiếp xúc bánh chủ động bị động (m) Đối với bánh trụ thẳng 1 = r1.sin ; 2 = r2.sin (4.11) Đối với bánh trụ nghiêng 1 = r1.sin/cos2 ; 2 = r2.sin /cos2 (4.12) Ở đây: r1,r2: bán kính vịng trịn lăn bánh chủ động bị động;  góc nghiêng đường bánh trụ nghiêng Đối với ô tô tải thường trung bình tơ sử dụng mơ men (Memax) động để đơn giản lấy mơ men tính tốn mô men M emax động truyền xuống để tính Ứng suất tiếp xúc cho phép lên bề mặt chế độ tải trọng trục sơ cấp hộp số Mtt = 0,5 Memax cho bảng sau: Bảng 41 : Bảng ứng suất tiếp xúc cực đại cho phép bánh hộp số tơ tính tốn theo chế độ tải trọng trục sơ cấp Mtt = 0,5 Memax Loại bánh 20 Xêmentit hóa Bánh Xianuya hóa Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn ô tô Số số lùi 1900  2000 (MN/m2) 950  1000 (MN/m2) Luôn ăn khớp 1300  1400 (MN/m2) 650  700 (MN/m2) Các bánh hộp số thiết kế Xêmentit hóa Đường kính vịng lăn bánh dẫn động trục trung gian (da1) da1 = 2.Aw/(ia + 1) = 2.160/(2,16 + 1) = 101,26(mm) da2 = ia da1 =101,26.2.16 = 218,72 (mm) Từ cơng thức 4.12 ta có: 1 = (101,26/2).sin220/cos2220 =50,63.0,39 = 19,75(mm) = 0,02 (m) 2= (218,72 /2).sin220/cos2220 = 109,36.0,39 = 42,65(mm) = 0,04 (m) tx = 0,418 = 861,01 (MN/m2) Ứng suất tiếp xúc bánh gài số một: d11 = 2.160/(i1 + 1) = 2.160/(3,94 + 1) = 64,78(mm) = 0,065 (m) d12 = 3,94.0,065 = 0,2561 (m) 11 = (0,065/2).sin220/cos2220 = 0,033.0,39 = 0,013 (m) 12 = (0,2561/2).sin220/cos2220 = 0,1281.0,39 = 0,0423 (m) tx1 = 0,418 = 1500 (MN/m2) Ứng suất tiếp xúc bánh gài số hai: d21 = 2.160/(i2 + 1) = 2.160/(2,3 + 1) = 96.97 (mm) = 0,97 (m) d12 = 2.3.0,97 = 0,223 (m) 21 = (0,97/2).sin220/cos2220 = 0,049.0,39 = 0,0191 (m) 22 = (0,223/2).sin220/cos2220 = 0,112.0,39 = 0,043 (m) tx2 = 0,418 = 909,09 (MN/m2) Ứng suất tiếp xúc bánh gài số ba: d31 = 2.160/(i3 + 1) = 2.160/(1,35 + 1) = 136,17 (mm) = 0,14 (m) d32 = 1,35.0,14 = 0,189 (m) 31 = (0,14/2).sin22/cos222 = 0,07.0,39 = 0,0273 (m) 32 = (0,189/2).sin22/cos222 = 0,095.0,39 = 0,037 (m) tx3 = 0,418 = 721,6 (MN/m2) Ứng suất tiếp xúc bánh gài số bốn: d41 = 2.160/(i4 + 1) = 2.160/(0,49 + 1) = 214,765(mm) = 0,214 (m) d42 = 0,214.0,49 = 0,10 (m) 21 = (0,214/2).sin220/cos2220 = 0.107.0,39 = 0,042 (m) 22 = (0,1/2).sin220/cos2220 = 0,05.0,39 = 0,0195 (m) 21 Đồ án môn học tx2 = 0,418 Kết cấu tính tốn tơ = 816,4 (MN/m2) 3.2.6 Tính sức bền trục Trục hộp số tính tốn theo ứng suất uốn xoắn Khi tính bền thường tính riêng cho cho số Ứng suất uốn tính theo công thức(3): u = Mu/(0,1.d3) (MN/m2) Ứng suất uốn xoắn tính theo cơng thức(3): x = Mx/(0,2.d3) (MN/m2) đây: Mu; Mx: mô men uốn xoắn tương ứng,(MN.m) d: đường kính trục tiết diện tính(m) Đối vơi tay số bốn ta xây dựng đường biểu đồ mô men uốn xoắn tiết diện nguy hiển (c - c ): Tính phản lực gối đỡ: mAy = R4.a - l.By =  By = R4.a/ l đó: a: khoảng cách từ bánh tính đến ổ đỡ; l:chiều dài hai gối đỡ  By =8125,4.125/400 = 1390,98 (N)  Ay = R4 - By = 4868,44 - 1390,98 = 3477,46(N) mAx = P4.a - l.Bx =  Bx = P4.a/ l  Bx = 12569,26.125/400 = 3591,2(N)  Ax= P4 - Bx = 12569,26 - 3591,2 = 8978,06(N) Tính mơ men uốn tổng cộng Mu = Mux = Ax.a = 8978,06.125 = 897806[N.mm] = 897,806(N.m) Muy = Q4.d/2 - Ay.a = 45574,84.24,5 - 3477,46.100 = = - 235662,42[N.mm] = -235,66 (N.m)  Mu = = 928219(N.mm) = 928,219 (N.m) Ứng suất uốn: x = Mx/(0,2.d3) (MN/m2) x = 579,04/(0,2.(0,054)3) =18386424,83(N) = 18,386 (MN/m2) Mth = = = 1062,5 [N.m] =1062,5.10-6 (MN.m) th = Mth/(0,1.d3) = 1062,5.10-6/(0,1.0,0543) = 67,476 (MN/m2) Ứng suất tổng hợp cho phép [th] = 50  70 (MN/m2) th = 67,476(MN/m2)  [th] Vậy chọn d4 = 54 (mm) 22 Đồ án môn học Kết cấu tính tốn tơ c P4 Bx Ax R4 A Ay 125 B 275 By c 235662,42[N.mm] Muy 897806[N.mm] Mux Hình 4.3 Biểu đồ mơ men tay số bốn trục thứ cấp 597040[N.mm] TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT VÀ CÁC CỤM CỦA HỘP SỐ Mx 4.1 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH TRỤC VÀ KIỂM TRA ĐỘ CỨNG VỮNG 4.1.1 Chọn sơ kích thước trục: 23 Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn tơ Khi tính trục số tơ dùng cơng thức kinh nghiệm sau sơ kính thước trục [3]: Đối với trục sơ cấp: d1 = 5,3 Ở đây: d1: đường kính trục sơ cấp (mm); M emax = 421,4 (Nm) mô men quay cực đại động theo đề cho d1 = 5,3 = 45,3  45 (mm) Đối với trục trung gian: d2 = 72 tính phần trước d2/l2 = 0,16  0,18 d2/l2 = 0,16 l2 = d2/0,16 = 72/0,16 = 449,8 (mm) Đối với trục thứ cấp: D3 = 72 tính phần trước D3/l3= 0,18  0,21 d3/l3 = 0,18 l3 = d3/0,18 = 72/0,18 = 400 (mm) 4.1.2 Tính trục theo cứng vững Trục cứng vững làm tăng độ bền bánh giảm tiếng ồn làm việc, lúc bánh không bị vênh Độ cứng vững trục đặt trưng độ võng góc xoay trục, điểm hai mặt phẳng vng góc với Thường ô tô người ta kiểm tra trục trung gian trục thứ cấp Từ kính thước tính phần trước: Có chiều rộng vành b = 32,6(mm); Chiều rộng ổ bi B = 28(mm); Chiều rộng ống gài đồng tốc: 80(mm) Tổng hợp kích thước ta chọn khoảng cách trục sau: 125 45 90 80 25 Hình 5.1 Sơ đồ bố trí hộp số thiết kếTrục thứú cấp: 35 125 45 90 80 25 Tay số4 o0 P4 = 12543,2 (N); Q4 = 4565,35N); R4 = 4858,35(N); M4 = 964,99(Nm) 125 275 R4 Q4 24 P4 Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn tơ Hình 5.2 Sơ đồ lực tác dụng vào bánh số Ở để độ võng góc xoay điểm dầm lực tập trung (R 4) mô men tập trung(M4) gây Do tính độ võng góc xoay lực tác dụng riêng rẻ, sau lấy tổng đơn vị theo số ngun cộng tác dụng Mơmen qn tính trục tính theo đường kính trục từ cơng thức[3]: J4 = .D44/64 Ở đây: D4:đường kính ngồi trục D4 = = = 48,6  49(mm) x = 15  50Mpa chọn x = 26 J4 = 3,14.494/64 = 282835,55 Độ võng lực R4 gây ra(yR4): yR4 = = = 0, 0486 (mm) Độ võng mô men M4 gây ra: yM4 = (-3.a+2.a2/l + l) = (-3.125 +2.152/400 + 400) = 0,03(mm) = Vậy độ võng trục thứ cấp gài số 4(y4) là: y4 = yR4 + yM4 = 0,0487 + 0,036 = 0,085 (mm)  0,2(mm) Độ xoắn trục lực P4 gây ra( ) tính theo cơng thức sau: = = = 0,0002 (rad)  0,002(rad) Vậy gài số bốn trục thứ cấp đạt độ cứng vững Tay số P3 = 19273,37 (N); Q3 =7014,93(N); R3 = 7465,14(N); M3 = 1657,51 (Nm) 195 205 R3 Hình 5.3 Sơ đồ lực tác dụngQ3 vào bánh P3răng số Mơ men qn tính trục tính theo đường kính trục từ cơng thức[3]: 25 Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn tơ J3= .D34/64 Ởí đây: D3:đường kính ngồi trục D3 = = = 60 (mm) x = 15  50Mpa chọn x = 26 J3 = 3,14.604/64 = 635850 Độ võng lực R3 gây ra(yR3): yR3= = = 0, 0435 (mm) Độ võng mô men M3 gây ra: y M3 = 400) (-3.a+2.a2/l + l) = (-3.195 + 2.1952/400 + = 0,0248(mm) Vậy độ võng trục thứ cấp gài số 3(y3) là: y3 = yR3 + yM3 = 0,0248 + 0,0435 = 0,0683 (mm)  0,2(mm) Độ xoắn trục lực P3 gây ra( ) tính theo công thức sau: = = = 0,000036 (rad)  0,002(rad) Vậy gài số ba trục thứ cấp đạt độ cứng vững Tay số P2 = 27126,63 (N); Q2 = 9873,2(N); R2 = 10505,93(N); M2 = 2821,17(Nm) 275 125 R2 Hình 5.4 Sơ đồ lực Q2tác dụng P2 vào bánh số Mơ men qn tính trục tính theo đường kính trục từ cơng thức[3]: J2= .D24/64 Ởí đây: D2:đường kính ngồi trục D2 = = = 62 (mm) x =( 15  50)MPa chọn x = 42.MPa 26 Đồ án môn học Kết cấu tính tốn tơ J2 = 3,14.624/64 = 724963,98 Độ võng lực R2 gây ra(yR2): yR2= = = 0, 0348 (mm) Độ võng mô men M2 gây ra: yM2= (-3.a+2.a2/l + l) = (-3.275 + 2.2752/400 + 400) = = - 0,0458(mm) Vậy độ võng trục thứ cấp gài số 2(y2) là: y2 = yR2 + yM2 = 0,0348 + 0,0458 = 0,0806 (mm)  0,2(mm) Độ xoắn trục lực P3 gây ra( ) tính theo cơng thức sau: = = = - 0,00054 (rad)  0,002(rad) Vậy gài số ba trục thứ cấp đạt độ cứng vững Tay số P1 = 40889,05(N);Q1 =16194,19(N);R3 = 17233,5(N);M3 = 4924,92(Nm); 30 320 R1 Q1 bánh Hình 5.5 Sơ đồ lực tác dụng vào P1 số Mô men quán tính trục tính theo đường kính trục từ cơng thức[3]: J1 = .D14/64 Ởí đây: D1:đường kính ngồi trục J1 = 3,14.634/64 = 772879,65 Độ võng lực R1 gây ra(yR1): yR1 = = Độ võng mô men M1 gây ra: 27 = 0, 007 (mm) Đồ án mơn học yM1= Kết cấu tính tốn ô tô (-3.a+2.a2/l + l) = (-3.345 = + 2.3452/400 + 400) = 0,0547(mm) Vậy độ võng trục thứ cấp gài số 3(y3) là: Y2 = yR2 + yM2 = 0,007 + 0,0547 = 0,0617 (mm)  0,2(mm) Độ xoắn trục lực P1 gây ra( ) tính theo cơng thức sau: = = = - 0,00055 (rad)  0,002(rad) Vậy gài số hai trục thứ cấp đạt độ cứng vững 4.2 TÍNH TỐN ĐỒNG TỐC rc 4.2.1 Nhiệm vụ tính tốn: Hiệu đồng tốc đánh giá thời gian cần thiết để đồng tốc làm đồng tốc độ phần cần nối, gọi tắt thời gian đồng tốc t c, người lái tác dụng lên đòn điều khiển lực cho phép áp suất bề mặt ma sát nằm giới hạn qui định Ngồi ra, đồng tốc cầìn phải đảm bảo yêu cầu: - Không cho phép gài số phần cần nối chưa đồng tốc - Không bị kẹt dính bề mặt ma sát bề mặt hãm q trình làm việc Vì vậy, tính tốn đồng tốc có nhiệm vụ sau: - Xác định kích thước bản, để đồng tốc đảm bảo hiệu yêu cầu, thể qua tiêu Thời gian đồng tốc tc tuổi thọ cần thiết - Đánh giá qua giá trị áp suất - Công trượt riêng bề mặt - Xác định thông số kết cấu phải lưu ý điều kiện: đảm bảo khơng kẹt dính bề mặt ma sát bề mặt Jb hãm, trong1 bất2 cứ3 điều kiện sử dụng 4.2.2 Sơ đồ tính đồng tốc  rk 28  Q K Đồ án môn học Kết cấu tính tốn tơ Hình 5.6 Sơ đồ tính tốn đồng tốc 1: mặt cơn; 2: vành đồng tốc; 3: vành bánh răng; 4: chốt khóa Trong sơ đồ hệ thống đồng tốc nguyên tắc chia làm hai phần: - Phần thứ nhất: bao gồm khối lượng quay, tính từ trục thứ cấp đến bánh xe chủ động khối lượng chuyển động tịnh tiến đến ô tô Mô men quán tính khối lượng này, quy dẫn trục thứ cấp ký hiệu Ja - Phần thứ hai: bao gồm chi tiết có liên hệ động học với trục sơ cấp hộp số( tính từ đĩa bị động ly hợp đến bánh cần gài) như: đĩa bị động ly hợp, trục sơ cấp hộp số, trục trung gian bánh nó, bánh trục thứ cấp, số lùi ăn khớp thường xuyên với bánh trục trung gian Mơ men qn tính khối lượng quy dẫn trục sơ cấp hộp số ký hiệu Jb - Các ký hiệu lực kích thước sơ đồ, giải thích cụ thể phần có liên quan 4.2.3 Trình tự tính tốn đồng tốc Xác định cacï kích thước đồng tốc, cần phải thiết lập mói quan hệ thơng số kích thước tiêu làm việc đồng tốc Muốn vậy, ta tiến hành sau: - Viết phương trình chuyển động cho khối lượng quán tính J b chuyển số, với giả thiết: + Bỏ qua ảnh hưởng lực cản dầu bơi trơn đến gỉam tốc độ góc bánh răng, điều kiện nhiệt độ bình thường, ảnh hưởng không đáng kể + Tốc độ ô tô thời gian chuyển số không thay đổi Các nghiên cứu cho thấy, giả thiết hợp lý sức cản tổng cộng đường  0,15 thời gian đồng tốc tc 1,0(s) ta được: Jb.idt2.dw/dt = Mms (5.1) Tích phân phương trình 5.1 nhận được: Jb.idt2 b - a = Mms.tc (5.2) Ơí đây: Mms: mơ men ma sát đồng tốc(Nm) xác định theo công thức: Mms = .Q.rms/sin (5.3) Trong đó: : hệ số ma sát;  góc bề mặt ma sát; r ms: bán kính trung bình bề mặt ma sát; Q: lực chiều trục tác dụng lên bề mặt ma sát Lực người lái tác dụng lên đòn điều khiển tạo ra, vậy: Q = Pđk.iđk.đk (N) (5.4) Trong đó: Pđk: lực tác dụng lên đòn điều khiển(N); iđk;đk: tỷ số truyền từ đòn điều khiển đến nạng gạt đồng tốc hiệu suất dẫn dộng tương ứng; i đt: tỷ số truyền từ trục 29 Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn ô tô sơ cấp đến bánh cần gài, tỷ số truyền tay số cần gài hộp số, tức idt = ihk; a, b:tốc độ trục cần nối( trước chuyển số) bánh cần gài đặt nó(rad/s) Rõ ràng: a = e/ihk (5.5) b = e/ihk  đây: ihk, ihk  1: tỷ số truyền tay số cần gài tay số làm việc(cần nhả) hộp số e tốc độ góc trục khuỷu động cơ(rad/s) chuyển số e = (0,75  0,85).N từ số thấp lên số cao e = (0,9  1,0) N từ số cao xuống số thấp Trong N tốc độ góc trục khuỷu ứng với cơng xuất max động N = .nN/30 (rad/s) nN = 2200 (vg/ph) theo đề cho N = 3,14.2200/30 = 230(rad/s) e = 0,85 N = 230.0,85 = 195,55 (rad/s) Jb: mơ men qn tính qui dẫn, xác định sau: Jb = Jlh + Jsc + Jtgiak-2 + Jhi.ihi-2 + Jsl.isl-2 (5.6) Trong đó: Jlh, Jsc, Jtg: mơ men quán tính đĩa bị động ly hợp, trục sơ cấp hộp số, trục trung gian bánh lắp nó; Jhi, Jsl: mơ men qn tính bánh tay số thứ i, đặt thứ cấp, bánh hay khối bánh số lùi luôn ăn khớp với trục trung gian; iak, ihi, isl: tỷ số truyền cặp bánh dẫn động trục trung gian(luôn ăn khớp), tay số thứ i hộp số, từ trục so cấp đến bánh hay khối bánh số lùi;Thay(5.3)và(5.4) vào(5.2), sau biến đổi, xác định được: rms = e Jb idt2.sin  1/ ihk  - 1/ ihk /(.tc.Pđk.iđk.đk) Để xác định sơ kích thước đồng tốc Khi tính tốn thừa nhận: - Đối với cặp ma sát thép - đồng thau:  = 0,06  0,1; chọn:  = 0,08;  = 60  120; chọn:  = 70 Để đảm bảo điều kiện tránh kẹt dính bề mặt ma sát, góc  khơng nhỏ góc ma sát, tức là: min  arctg() - Pđk: lấy theo qui định: Pđk = 100(N); - iđk = 1,5  2,2; đk = 0,85  0,95 chọn iđk = 1,8; đk = 0,9 Thời gian đồng tốc tc: tc = 0,3  0,8 (cho tay số cao) tc = 1,0  1,5 (cho tay số thấp) Mơ men qn tính đĩa bị động ly hợp: Jlh = Jlh1 + Jlh2 Jlh1: mơ men qn tính phần xương ly hợp Jlh2: mơ men qn tính phần may-ơ ly hợp 30 Đồ án môn học Kết cấu tính tốn tơ Đường kính ngồi đĩa bị động ly hợp(D 2) giới hạn đường kính bánh đà động cơ, thường chọn sơ theo cơng thức kinh nghiệm[4]: D2 = 3,16 (cm) Ơí Memax = 617 (Nm) mô men xoắn cực đại động c: hệ số kinh nghiệm c = 3,6  D2 = 3,16 = 41,36(cm) = 413,6(mm) Xác định bán kính cong R1: bán kính R1 vàbán kính ngồi R2 khơng khác q lớn, chênh lệch bán kính dẫn đến chênh lệch tốc độ trượt tiếp tiếp gây tượng mịn khơng vịng ma sát kể từ ngồi đó: R1 = (0,53  0,75) R2  R1 = 0,53.413,6/2 =109,6 (mm)  D1 = 2.R1 = 2.109,6 = 219,2(mm) Mơ men qn tính Jlh1 tính sau[5]: Jlh1 = (Kg.mm2) Ơí đây: b = 1,8(mm) bề dày ly hợp  = 7,8.10-6(Kg/mm3) khối lượng riêng thép; g = 10(m/s2) gia tốc trọng trường  Jlh1 = = 3713,46(Kg.mm2) Mơ men qn tính Jlh1 tính sau: Jlh2 = Ơí đây: b’ = 1,4.dsc = 1,4.45 = 63 (mm); dsc: đường kính trục sơ cấp Jlh2 = = 3923,218(Kg.mm2)  Jlh = Jlh1 + Jlh2 = 3713,46 +11112,3 = 13724,76(Kg.mm2) Trong đó: d:đường kính trục; l:chiều dài trục sơ cấp l = 50(mm) Jsc = = 15,7(Kg.mm2) Jtg = Jtg1 + Jtg2 Jtg1: mơ men qn tính trục trung gian Jtg2: mơ men quán tính bánh trục trung gian Mơ men qn tính trục trung gian tính sau: Jtg1 = Ơí đây: dtg = 72(mm) đường kính trục trung gian; l = 450(mm) chiều dài trục trung gian 31 Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn tơ Jtg1 = Jtg2 = = 925(Kg.mm2) [(da4 - dtg4) + (d14 - d’14) + (d24 - d’24).b’/b + (d34 - d’34).b’/b + (d44 - d’44)] b’ = 34(mm) bề dày bánh 2, 3; d a, d1, d2, d3, d4 : đường kính vịng lăn bánh za, z1, z2, z3, z4; dtg, d’1, d’2, d’3, d’4 : đường kính trục ứng với vị trí bánh tướng Jtg2 = [(2204 - 724) + (2104 - 724) + (1704 - 724).32/33,6 + (1044 - 724).32/33,6 + (964 - 724)] = 9422,7(Kg,mm2)  Jtg = Jtg1 + Jtg2 = 925 + 9422,7 = 10347,7(Kg.mm2) Jh2 = [(d24 - d’24) = Jsl = [(dl14 - d’l14) +( dl24 - d’l24) [(1004 - 724) = 180,55(Kg.mm2) Trong đó: dl1 = 160.2/(2 + 1) = 106,67(mm); dl2 = 160.2/(2,36 + 1) = 95,23(mm) Jsl = [(106,674 - 724) + ( 95,234 - 724) = 408,72(Kg.mm2)  Jb = 13724 + 15,7 + 10347,7/2,922 + 180,55/4,972 + 408,72/10,22 = = 17944,78(Kg.mm2) = (1/2,92 - 1/4,97) = 0,05589(m) = 55,89 (mm) Vậy chọn rms tay số hai rms = 55,89 (mm) Tương tự tay số = (1/1 - 1/1,7) = Khi biết rms xác định chiều rộng cần thiết bề mặt ma sát( tính theo mặt sinh ra), để bảo đảm cho áp xuất không vượt giá trị cho phép bms = (Q/sin)/(2..rms.[p]); hay: bms = (Pđk.iđk.đk)/(2..rms.[p]sin); Ở đây: rđk = 1,8; đk = 0,9; [p] = (N/mm2):áp suất cho phép bề mặt ma sát bms = (100.1,8.0,9)/(2.3,14.55,89.1.sin70) = 162/42,77 = 3,79(mm) Để đảm bảo đơn giản cho chế tạo sửa chữa, tất đồng tốc hộp số, thiết kế với kính thước nhau.Trong trường hợp đó, để đồng tốc số cao làm việc không non tải,cho phép tăng chút mức tải đồng tốc nhữnh tay số thấp Chọn rms tay số hai: rms = 55,9(mm) Bề rộng cần thiết bề mặt má sát: bms = 11(mm) 32 Đồ án môn học Kết cấu tính tốn tơ Sau tính tốn hiệu chỉnh lại kích thước, cần tiến hành tính tốn kiểm tra, xác định xác tiêu đồng tốc, có tính đến điều kiện làm việc thực tế giảm tốc độ ô tô thời gian chuyển số, như: Thời gian đồng tốc t c công trượt riêng lần gài 4.2.4 Tính tốn kiểm tra: Thời gian đồng tốc tc: Thời gian đồng tốc tc(s) xác định xác theo công thức: tc = Jb.iđk2.e 1/ihk  - 1/ ihk/(Mms  Jb iđk2.c) (5.7) Ở đây: - c: gia tốc góc trục mà đặt đồng tốc(rad/s 2), xác định theo công thức: c = g..ibx/(.rbx.bx) (5.8) Trong đó: g: gia tốc trọng trường m/s 2; : hệ số cản tổng cộng đường,  = 0,02 tay số cao  = 0,05 tay số lại; ibx,bx: tỷ số truyền hiệu suất dẫn động, từ phần đồng tốc nối với khối lượng ô tô(trục thứ cấp) đến bánh xe chủ động; : hệ số tính đến ảnh hưởng khối lượng quay hệ thống truyền lực, xác định theo cơng thức:  = + (1 + 2.ihk2), với 1  2 = 0,03  0,05; chọn 1  2 =0,04   = + (0,04 + 0,04.4,972) = 2,028 thay vào cơng thức 5.8 ta có: c = 10.0,05.1/(2,028.0,5.0,51) = 0,967 Mô men ma sát đồng tốc (Nm) tính theo cơng thức: Mms = .Q.rms/sin = .pđk.đk.rms/sin = 0,08.100.1,8.0,9.0,0559/ sin70= 5,158(Nm) thay vào cơng thức 5.7 ta có: tc = (1/2,92 - 1/4,97) = 0,981(s) Công trượt(Wms) Wms: công trượt bề mặt ma sát đồng tốc (J) xác định theo công thức: Wms = 0,5.Mms.tc.(e/ihk1 - e/ihk  c tc) = = 0,5.5,158.1,24.(195,55/2,92 - 195,55/4,97 + 0, 967 1,24) = 3,2.(66,97 - 39,35 + 1.19) = 92,192(J) Công trượt riêng (wms) Công trượt riêng cơng trượt tính cho đơn vị bề mặt ma sát vậy: wms = Wms/(2..rms.bms) (J/cm2) đây: rms,bms bán kính trung bình chiều rộng bề mặt ma sát, tính cm wms = 92,192/(2.3,14.5,59.1,1) = 2,39 (J/cm2) 4.2.5 Xác định góc vát bề mặt hãm () phận khóa: Để đảm bảo u cầu khơng cho gài số chưa đồng tốc, góc vát  bề mặt hãm, phải thỏa mãn điều kiện: KS (5.9) 33 Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn ô tô Ở đây: K: lực mô men ma sát tạo ra, có tác dụng ép chặt bề mặt khóa, chống lại gài số, S: lưc xuất mặt vát, người lái tác dụng lên đồng tốc lực chiều trục Q, có tác dụng tách bề mặt hãm để thực gài số Theo điều kiện cân lực ta có: K = Mms/Rk = Q..rms/(rk.sin) S = Q.tg Thế công thức vào biểu thức 5.9 nhận được: tg  ( .rms/ rk.sin) + k đây: rk bán kính trung bình bề mặt hãm, xác định theo điều kiện kết cấu: rk = 0,057 (m); k =  = 0,08: hệ số ma sát  tg   = 0,643  = arctg(0,643) = 3208’ TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Sổ tay ô tô Viện nguyên cứu khoa học vận tải ô tô nhà nước Liên Xô Nhà xuất cơng nhân kỹ thuật Hà Nội năm1984 Giáo trình gĩang Kết cấu, tính tốn thiết kế tơ TS Nguyễn Hồng Việt Thiết kế tính tốn tơ (tập I) Nguyễn Hữu Cẩn - Phan Đình Kiên Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội Năm 1987 Kết cấu tính tốn tơ Trường giao thơng đường sắt đường Nhà xuất giao thông vận tải Hà Nội 1984 Kết cấu tính tốn động đốt (tập I) Nguyễn Đức Phúï - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến - Phạm Văn Thể Nhà xuất giáo dục Năm 1996 Lý thuyết ô tô máy kéo 34 .. .Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn tô MỤC LỤC Trang Đồ án môn học Kết cấu tính tốn tơ LỜI NĨI ĐẦU 1.CÔNG DỤNG , YÊU CẦU , PHÂN LOẠI .3 2.CHỌN LOẠI HỘP SỐ VÀ SỐ TAY SỐ ... Hình 2.3 Sơ đồ bố trí số lùi ô tô thiết kế Đồ án môn học Kết cấu tính tốn tơ Bánh tay số thấp(như số số lùi) chụi lực lớn thời gian làm việc hơn, nên bố trí sát gối đỡ sau Bánh tay số cao thời... 4.2.2 Sơ đồ tính đồng tốc  rk 28  Q K Đồ án mơn học Kết cấu tính tốn tơ Hình 5.6 Sơ đồ tính tốn đồng tốc 1: mặt côn; 2: vành đồng tốc; 3: vành bánh răng; 4: chốt khóa Trong sơ đồ hệ thống đồng