TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRUYỀN LỰC CHÍNH XE HUYNDAI GETZ

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CẦU CHỦ ĐỘNG31.1 Giới thiệu chung hệ thống truyền lực31.2 Truyền lực chính.31.2.1 Công dụng:31.2.2 Yêu cầu chung của truyền lực chính:31.2.3 Phân loại truyền lực chính :31.2.4 Cấu tạo truyền lực chính:41.3 Vi sai.51.3.1 Công dụng:51.3.2 Yêu cầu của cụm visai:51.3.3 Phân loại vi sai:51.3.4 Kết cấu một số dạng vi sai61.4 Các bán trục.121.4.1 Công dụng:121.4.2 Yêu cầu đối với các bán trục:121.4.3 Phân loại bán trục:131.5 Vỏ cầu.141.5.1 Công dụng của vỏ cầu.141.5.2 Yêu cầu đối với vỏ cầu.141.5.3 Phân loại vỏ cầu.15CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM CẦU CHỦ ĐỘNG172.1 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN LỰC CHÍNH BÁNH RĂNG CÔN172.1.1 Tính toán tỉ số truyền truyền lực chính172.1.2 Tính toán chế độ tải trọng172.1.3 Tính chọn kích thước truyền lực chính18Bảng thông số Truyền lực chính212.1.4 Tính toán lực tác dụng lên cặp bánh răng truyền lực chính222.1.5 Tính bền bánh răng theo ứng suất uốn242.1.6 Tính bền bánh răng theo ứng suất tiếp xúc242.2 TÍNH TOÁN VI SAI252.2.1 Xác định kích thước vi sai25Các thông số hình học của bánh răng vi sai262.3 TÍNH TOÁN BÁN TRỤC VÀ DẦM CẦU292.3.1 Tính toán bán trục292.3.2 Tính toán dầm cầu32KẾT LUẬN37TÀI LIỆU THAM KHẢO38

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành công nghiệp ô tô trên thế giới ngày càng phát triển mạnh cả về quy mô vàcông nghệ Sự phát triển của công nghiệp ô tô dẫn đến sự hợp tác liên kết giữa các hãng

xe, các nước nhằm cắt giảm chi phí sản xuất Công nghiệp ô tô bắt đầu hình thành vàphát triển ở nước ta từ năm 1964 và không ngừng phát triển trong nhưng năm gần đây Ởnước ta hiện nay, thị trường ô tô đang sôi động với nhiều doanh nghiệp tham gia sản xuấtlắp ráp ô tô Trong số các doanh nghiệp có vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài, đa số cácdoanh nghiệp tham gia sản xuất lắp ráp xe du lịch, còn các doanh nghiệp tham gia vàosản xuất lắp ráp xe tải chiếm số lượng rất nhỏ Nhiều doanh nghiệp đã nhập sắtxi về vàthiết kế chế tạo thành xe ô tô dùng trong các lĩnh vực khác nhau đặc biệt là chở hàng hoá.Điều đó đã đáp ứng được phần nào nhu cầu về xe tải trong khi nền công nghiệp ô tô củanước ta chưa đáp ứng được Trong giai đoạn vừa qua, tỷ lệ nội địa hoá ở các sản phẩmôtô VN chủ yếu tập trung vào một số chi tiết, phụ tùng như khung vỏ, săm lốp, nhựa, caosu… một phần đã và đang thực hiện là động cơ hộp số chủ yếu là trong hệ thống truyềnlực, chi tiết cơ khí Cụm Cầu chủ động là một trong các cụm chi tiết chính của hệ thốngtruyền lực Cầu chủ động hoàn toàn có khả năng nội địa hoá bằng công nghệ trong nước

Trước tình hình trên em đã chọn đề tài: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN TRUYỀN LỰC

CHÍNH XE KIA GETZ

Do trình độ và thời gian có hạn nên Đồ án của em khó tránh khỏi thiếu sót, em rấtmong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn Em xin chân thành cảm ơn

thầy giáo Trần Ngọc Vũ cùng các thầy trong bộ môn Ô tô - trường ĐH CNGTVT đã tận

tình hướng dẫn và cho em những ý kiến quí báu để em hoàn thành đồ án

Vĩnh Yên, Ngày tháng năm 2019

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn văn Tuấn

Mục lục

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CẦU CHỦ ĐỘNG

1.1 Giới thiệu chung hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực của ôtô là hệ thống tất cả các cơ cấu nối từ động cơ tới bánh xechủ động, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi chiều quay, biến đổi giá trị mômen truyền.Vậy kết cấu của hệ thống truyền lực là:

Ly hợp → Hộp số → Hộp phân phối→ Các đăng → Các cầu chủ động → bán trục → Bánh xe.

Sơ đồ bố trí chung hệ thống truyền lực:

1.2.2 Yêu cầu chung của truyền lực chính:

- Phải có tỷ số truyền cần thiết để phù hợp với chất lượng kéo và tính kinh tế nhiênliệu của ôtô.

- Có kích thước nhỏ gọn để tăng khoảng sáng gầm xe

- Có hiệu suất truyền động cao

- Đảm bảo độ cứng vững tốt, làm việc không ồn, tuổi thọ cao

- Trọng lượng cầu phải nhỏ để giảm trọng lượng phần không được treo

1.2.3 Phân loại truyền lực chính :

- Theo số lượng bánh răng truyền lực chính có hai dạng:

+ Loại đơn gồm một cặp bánh răng ăn khớp

+ Loại kép gồm hai cặp bánh răng ăn khớp

- Truyền lực đơn lại có thể phân loại theo dạng bánh răng:

+ Loại bánh răng côn răng thẳng

+ Loại bánh răng côn răng xoắn

+ Loại bánh răng hypoit

+ Loại trục vít bánh vít

Hình 1.2: Các dạng truyền lực chính đơn.

a, Truyền lực chính bánh răng côn b, Truyền lực chính Hypoid

c, Truyền lực chính bánh răng trụ d, Truyền lực chính trục vít bánh vít

- Truyền lực kép có thể được phân thanh hai loại:

+ Truyền lực trung tâm với cả hai cặp bánh răng được bố trí trong cùng một cụmnằm giữa hai bánh xe chủ động

+ Truyền lực chính kép bố trí không tập trung với cặp bánh răng thứ hai được bốtrí tại các dẫn động tới các bánh xe chủ động

- Theo số cấp số có thể phân truyền lực chính thành:

+ Truyền lực chính một cấp (chỉ có một tỉ số truyền duy nhất)

+ Truyền lực chính hai cấp (có hai cấp số được điều khiển bởi người lái).

1.2.4 Cấu tạo truyền lực chính:

Truyền lực chính đơn có kết cấu gọn, nhẹ đơn giản dễ sản xuất và bảo dưỡng sửachữa, giá thành thấp nên được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền lực ô tô Tuynhiên do chỉ có một cặp bánh răng, nên tỉ số truyền của truyền lực chính dạng này bị giớihạn (i0 < 7) và khả năng chịu tải không lớn sẽ phải tăng mô đun răng, điều này dẫn đếntăng kích thước bánh răng và giảm khoảng sáng gầm xe

Truyền lực dạng hypoid được sử dụng ngày càng rộng rãi trên các loại ô tô do cónhững ưu điểm nổi trội: khả năng chịu tải lớn, làm việc êm dịu và không ồn Đặc điểmnhận dạng của truyền lực chính loại này là trục của các bánh răng không cắt nhau mà đặtlệch nhau một đoạn e

Truyền lực chính bánh răng trụ được sử dụng trên các ô tô con có động cơ đặttrước nằm ngang và cầu trước chủ động

Truyền lực chính dạng trục vít bánh vít cho phép có tỷ số truyền lớn hơn 7 với kếtcấu nhỏ gọn Tuy nhiên truyền lực trục vít có hiệu suất và khả năng chịu tải thấp hơntruyền động bánh răng côn và truyền động Hypoid, hơn nữa giá thành sản xuất của dạngtruyền động này lại cao hơn nên được sử dụng tương đối hạn chế (sử dụng trên một sốloại ô tô có tính năng việt dã cao)

1.3 Vi sai.

1.3.1 Công dụng:

Bộ vi sai có nhiệm vụ làm cho các bánh xe chủ động có thể quay với các vận tốckhác nhau trong các trường hợp ôtô quay vòng hoặc ôtô chuyển động trên đường gồ ghềkhông bằng phẳng

1.3.2 Yêu cầu của cụm visai:

+ Phân phối mô men xoắn giữa các bánh xe hay giữa các trục theo tỷ lệ đảm bảo

sử dụng trọng lượng bám tối đa ở các bánh xe

+ Kích thước vi sai phải nhỏ gọn để dễ bố trí

+ Có hiệu suất truyền động cao

1.3.3 Phân loại vi sai:

- Theo kết cấu gồm có:

+ Vi sai với các bánh răng côn

+ Vi sai với các bánh răng trụ

+ Vi sai tăng ma sát.

- Theo đặc tính phân phối mô men xoắn gồm có:

+ Vi sai đối xứng loại mô men xoắn được phân phối đều ra hai bán trục

+ Vi sai không đối xứng mô men xoắn phân phối không đều ra hai bán trục

Nhược điểm:

+ Khả năng vượt lầy kém và tính cơ động không cao.

1: Bánh răng côn chủ động 4: Vành ngăn

2: Bánh răng côn bị động 5: Cam

3: Vỏ vi sai 6,7: Vành cam

b Nguyên lý hoạt động:

Khi mômen truyền từ động cơ qua bánh răng côn chủ động 1 đến bánh răng côn bịđộng 2 qua vỏ vi sai 3 và qua vành ngăn 4 truyền cho cam 5, các đầu cam 5 tỳ lên cácvành cam 6 và 7 để truyền ra hai bên nửa trục qua then hoa Nếu sức cản hai bên bánh xe

là như nhau thì cả hai nửa trục quay với tốc độ như nhau Lúc này chốt 5 không dịchchuyển tương đối, đối với bề mặt cam 6 và 7 Trong trường hợp sức cản ở trên các bánhchủ động là khác nhau sẽ có một bên bánh xe quay nhanh và một bên bánh xe quaychậm, cam 5 sẽ cùng quay với bộ phận chủ động 3 đồng thời dịch chuyển theo chiềuhướng chiều trục Khi đó xảy ra sự trượt ở bề mặt làm việc của cam đối với bề mặt làmviệc của vành cam Trên mặt cam của nửa trục quay chậm tốc độ trượt của cam hướngtheo chiều quay của bộ phận chủ động, còn ở trên mặt cam của nửa trục quay nhanhhướng về chiều ngược lại Để hiểu rõ vấn đề này ta xét lực tác dụng trên vi sai cam tronghai trường hợp khi sức cản ở hai bên bánh xe chủ động là như nhau và khi sức cản ở haibên bánh xe chủ động khác nhau

Khi sức cản ở hai bên bánh xe chủ động là như nhau thì vành cam đặt 4 tác dụnglên cam 5 lực P ép lên vành cam trong và ngoài những lực pháp tuyến với dạng cam Khihai bên bánh xe chủ động có sức cản như nhau thì tốc độ góc của vành 4 và hai vành cambằng nhau

Khi hai bánh chủ động có sức cản khác nhau, nếu một trong số các bánh xe có xuhướng tăng tốc độ góc thì giữa các chi tiết của vi sai bắt đầu có sự chuyển dịch tương đối

và ở các mặt đầu của cam 5 xuất hiện những lực ma sát hướng lên các vành cam quaynhanh và quay chậm về những hướng khác nhau Ở vành cam quay chậm lực ma sátngược với vận tốc trượt, sẽ hợp với lực chủ động và tăng mômen cho bánh xe quay chậm

Ở vành cam quay nhanh lực ma sát ngược với vận tốc trượt nhưng lại giảm mômen chobánh xe quay nhanh

+ Vi sai cam một dãy vì số mặt lồi lõm trên vành cam 6 và 7 khác nhau sẽ sinh ramômen động khi vi sai làm việc chóng mòn.

+ Loại vi sai đặt theo hướng trục: lực chiều trục lớn tác dụng lên vỏ vi sai, nên cácbulông lắp trên vỏ phải chịu những lực này và ổ bi phải chọn sao cho đủ khả năng chịuđược lực chiều trục này cho nên kết cấu ổ tăng và phải tăng độ bền, độ cứng vững chotoàn bộ cơ cấu do đó sẽ làm tăng trọng lượng và kích thước chung của cơ cấu lên

+ Mms lớn khi quay vòng do vậy làm tăng sức cản nên mất mát công suất

* Vi sai tăng ma sát trong cho vi sai đối xứng :

A Vi sai tăng ma sát trong có lực ma sát cố định :

Trục chữ thập có lỗ rộng bên trong có lò xo để ép hai bánh răng côn bán trục cùngvới hai bộ ly hợp vào hai nửa khung vi sai Ly hợp ma sát gồm các đĩa thép trượt trênđuôi có then hoa của bánh răng côn bán trục và các đĩa ma sát có tai nằm trong khung visai (các đĩa ma sát này còn được gọi là các đệm chặn lực dọc trục)

b Nguyên lý làm việc:

Khi chuyển động thẳng trên đường bằng phẳng, quãng đường lăn của hai bánh xebằng nhau, nếu lực cản trên hai bánh xe như nhau, sẽ làm cho các bánh răng bán trụcquay cùng tốc độ, như vậy bánh răng hành tinh không quay trên trục của nó, mà chỉ quayquanh trục của bán trục

Khi chuyển động thẳng, dòng mômen truyền chủ yếu qua cụm vi sai, một phần nhỏ(có thể bị trượt nhẹ) truyền qua khớp ma sát

Khi đi trên đường vòng, quãng đường lăn của các bánh xe khác nhau, hoặc lực cảncủa các bánh xe khác nhau, thì mômen hai bên chênh lệch nhau đúng bằng giá trị Mms Khi khớp ma sát trượt lớn, dòng mômen truyền một phần qua vi sai, một phần quakhớp ma sát.

B.Vi sai tăng ma sát trong có lực ma sát không cố định:

Hình 1.5 Vi sai tăng ma sát trong có lực ma sát không cố định

4 Đĩa ma sát

a, Cấu tạo

Bộ truyền động loại này gồm có: bộ truyền lực chính (bộ bánh răng vành chậu 2 côn xoắn 1) bộ vi sai gồm 4 bánh răng hành tinh 7, hai bánh răng côn bán trục 6 đều đượclắp thêm hai bộ ly hợp đĩa ma sát 4

Trục chữ thập được thay thế bằng trục 5 cắt nhau theo góc vuông hai trục 5 có khảnăng dịch chuyển với nhau theo cả chiều trục lẫn chiều góc nghiêng tương đương A và B

ở các đầu trục Ly hợp ma sát gồm các đĩa thép trượt trên đuôi có then hoa của bánh răngcôn bán trục và các đĩa ma sát có tai nằm trong khung vi sai (các đĩa ma sát này còn đượcgọi là các đệm chặn lực dọc trục)

b, Nguyên lý làm việc:

Khi chuyển động thẳng trên đường bằng phẳng, quãng đường lăn của hai bánh xebằng nhau, nếu lực cản trên hai bánh xe như nhau, sẽ làm cho các bánh răng bán trục

quay cùng tốc độ, như vậy bánh răng hành tinh không quay trên trục của nó, mà chỉ quayquanh trục của bán trục.

Khi đi trên đường vòng, quãng đường lăn của các bánh xe khác nhau, hoặc lực cảncủa các bánh xe khác nhau lúc đó các bánh răng hành tinh ngoài quay cùng vỏ vi sai cònquay trên trục của nó Khi bánh răng hành tinh quay các mặt nghiêng trên trục 5 sẽ bịdịch chuyển đi thế nào để lực trên ly hợp ma sát 4 truyền đến vỏ vi sai tăng lên đối vớinửa trục quay chậm và giảm đi đối với nửa trục quay nhanh

1.4.2 Yêu cầu đối với các bán trục:

a) Yêu cầu chung của bán trục:

+ Phải chịu được mô men xoắn lớn trong khoảng thời gian lâu dài

Bán trục phải thẳng, không được lệch nhất là đối với các xe có khả năng cơ động

+ Đối với bán trục của cầu dẫn hướng chủ động phải đảm bảo tính đồng tâm chocác đoạn trục của bán trục

+ Chính xác hình dáng hình học, kích thước

b) Yêu cầu riêng của bán trục sử dụng trên xe có khả năng cơ động

Các bán trục sử dụng cho các xe loại này phải chịu mô men xoắn lớn, vì vậy cácbán trục phải được chế tạo chính xác về mặt hình học, và phải có các góc lượn hợp lý đểtránh ứng suất tập trung

1.4.3 Phân loại bán trục:

+ Bán trục giảm tải hoàn toàn (hình 1.6): bánh xe có moay ơ được lắp trên 2 ổ bi,

cả hai ổ này đều lắp trên vỏ cầu Do hai ổ bi được bố trí cách nhau một đoạn, nên các mômen uốn của các lực tương tác giứa bánh xe và mặt đường ( Z,Y, X) đều được tiếp nhậnbởi vỏ cầu.Bán trục dạng này được gọi lầ bán trục giảm tải hoàn toàn, nó không chịu uốn

mà chỉ chịu duy nhất là mô men xoắn Loại này được sử dụng trên các loại ô tô tải

Hình 1.6: Sơ đồ bán trục giảm tải hoàn toàn + Bán trục giảm tải 3/4 (hình 1.7): Loại bán trục này khác với bán trục giảm tải hoàn

toàn ở chỗ moay ơ chỉ có một ổ bi Bởi vậy bán trục sẽ phải chịu một phần mô men uốn

từ các lực tác dụng lên bánh xe Dạng bán trục này thường ít được sử dụng

Hình 1.7 Sơ đồ bán trục giảm tải 3/ 4

+ Bán trục giảm tải 1/2 (hình 1.8): Đầu ngoài của bán trục được đỡ bởi 1 ổ bi nằm trong

vỏ cầ chủ động Trong trường hợp này, moay ơ được trực tiếp bắt lên bán trục Kết cấu

dạng này cũng có thể không có moay ơ mà tang trống đươc bắt trực tiếp lên mặt bích ởđuôi của bán trục Với cách bố trí như vậy, bán trục phải chịu toàn bộ mô men uốn củacác lực tương tác giữa bánh xe với mặt đường Bán trục dạng này được sử dụng hầu hếttrên các loại ô tô con do kết cấu đơn giản.

Hình 1.8: Sơ đồ bán trục giảm tải 1/ 2

1.5 Vỏ cầu.

1.5.1 Công dụng của vỏ cầu

Đối với xe có khả năng cơ động hệ thống treo thường là hệ thống treo phụ thuộc Cầu

xe là phần khối lượng không được treo Trong thiết kế cầu xe thường ta phải cố gắng đểphần khối lượng không được treo này là nhỏ đến mức có thể Tuy nhiên vỏ cầu phải đápứng được các yêu cầu chủ yếu sau:

- Đỡ toàn bộ trọng lượng phần được treo tác dụng lên cầu

- Bao kín và bảo vệ cho bộ truyền lực chính, vi sai và các bán trục để nó có thể hoạtđộng tốt trong thời gian dài

- Tiếp nhận và truyền các lực từ trên khung xe xuống và các lực từ mặt đường lên

1.5.2 Yêu cầu đối với vỏ cầu.

Vỏ cầu phải đảm bảo những yêu cầu cơ bản sau đây:

- Vỏ cầu phải đủ cứng để chịu được trọng lượng của xe, tránh gẫy uốn ảnh hưởng đếncác kết cấu bên trong

- Vỏ cầu phải đảm bảo kín để bảo vệ các kết cấu bên trong

- Có kích thước và khối lượng nhỏ để giảm tải trọng xe và tăng khoảng sáng gầm xe

1.5.3 Phân loại vỏ cầu.

- Vỏ cầu liền là loại vỏ cầu thường được sản xuất bằng phương pháp đúc sau đó giacông các bề mặt lắp ghép

- Vỏ cầu rời là loại được lắp ghép từ các tấm rời bằng phương pháp hàn

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM CẦU CHỦ ĐỘNG

CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE THAM KHẢO (KIA GETZ) THỂ HIỆN

Phân bố tải trọng

- Không tải:

+ Cầu trước (N) + Cầu sau (N)

- Đầy tải:

+ Cầu trước (N) + Cầu sau (N)

50005000

75507550

- Tốc độ lớn nhất (km/h) 167

- Chiều dài cơ sở (mm)

- Vết bánh xe trước/sau

- Khoảng sáng gầm xe (mm)

24551630/1435140

LỐP XE

- Kiểu lốp + Lốp trước + Lốp sau

175/65R14

PHANH

SAU

2.1 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN LỰC CHÍNH BÁNH RĂNG CÔN

2.1.1 Tính toán tỉ số truyền truyền lực chính

Theo tài liệu [3] từ công thức đảm bảo vận tốc lớn nhất của xe ta tính được tỉ số truyềncủa truyền lực chính:

h

r n i

h

r n i

i v

π

2.1.2 Tính toán chế độ tải trọng

Tính toán chế độ tải trọng được lựa chọn từ hai chế độ đó là:

- Tính theo mô men lớn nhất của động cơ:

• ηt hiệu suất của hệ thống truyền lực: η =t 0.9

- Tính toán theo khả năng bám, chế độ này dùng để kiểm tra bền và so sánh bền các chitiết theo khả năng bám:

Z i Z

o n

L m

n

m m

ξ2= -0,682 (mm)+ Đường kính vòng chia đáy lớn: Dc=ms.Z

1 1

5,38.6 32, 28( ) 5,38.28 150, 64( )

2

e bx

+ Đường kính vòng chân đáy lớn: Di=Dc-2c

1 1 1 1

.cos 32, 28 12,11.cos12,09 20, 44( ).cos 150,64 12,11.cos 77,91 148,10( )

359,6126,5(1 ) 150,64.(1 ) 139,54( )

R