Phần 1 của giáo trình Kết cấu và tính toán ô tô cung cấp cho học viên những nội dung về: khái quát chung cấu tạo và bố trí trên ô tô; tải trọng tác dụng lên cơ cấu và các chi tiết của ô tô; công dụng, phân loại, yêu cầu ly hợp ô tô; công dụng, phân loại, yêu cầu hộp số ô tô;... Mời các bạn cùng tham khảo!
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH GIÁO TRÌNH KẾT CẤU VÀ TÍNH TỐN Ơ TƠ DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2020 Chƣơng KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ÔTÔ 1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ƠTƠ 1.1.1 Khái niệm Ơtơ phương tiện vận tải đường chủ yếu Nó có tính động cao phạm vi hoạt động rộng Do vậy, tồn giới ơtơ dùng để vận chuyển hành khách hàng hoá phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế quốc dân quốc phịng 1.1.2 Phân loại ơtơ 1.1.2.1 Dựa vào tải trọng số chỗ ngồi Dựa vào tải trọng số chỗ ngồi, ôtô chia thành loại: - Ơtơ có trọng tải nhỏ (hạng nhẹ): trọng tải chuyên chở nhỏ 1,5 ơtơ có số chỗ ngồi chỗ ngồi - Ơtơ có trọng tải trung bình (hạng vừa): trọng tải chuyên chở lớn 1,5 nhỏ 3,5 có số chỗ ngồi lớn nhỏ 30 chỗ - Ơtơ có trọng tải lớn (hạng lớn): trọng tải chuyển chở lớn 3,5 số chỗ ngồi lớn 30 chỗ ngồi - Ơtơ có trọng tải lớn (hạng nặng): tải trọng chuyên chở lớn 20 tấn, thường sử dụng vùng mỏ 1.1.2.2 Dựa vào nhiên liệu sử dụng Dựa vào nhiên liệu sử dụng, ôtô chia thành loại: - Ơtơ chạy xăng; - Ơtơ chạy dầu diezel; - Ơtơ chạy khí ga; - Ơtơ đa nhiên liệu (xăng, diezel, ga); - ễtụ chy in 1.1.2.3 Dựa vào công dơng cđa «t« Dựa vào cơng dụng, ơtơ chia thành loại: - Ơtơ vận tải; - Ơtơ chở hành khách, ôtô chuyên chở hành khách bao gồm loại: ôtô buýt, ôtô tắc xi, ôtô du lịch, ôtô chở khách liên tỉnh, ơtơ chở khách đường dài; - Ơtơ chuyên dùng như: ôtô cứu thương, cứu hoả, ôtô phun nước, ôtô cẩu ôtô vận tải chuyên dùng (ôtô xi téc, ơtơ thùng kín, ơtơ tự đổ, ) 1.1.2.4 Dựa theo phân loại ISO * Ơtơ du lịch STT Tªn gäi Sedan, Salon Kombi Limousine Pullman Đặc điểm V cng, 2-4 ca, 4.5 ch ngi Vỏ cứng, 2-4 cửa, 4.6 chỗ ngồi Vỏ cứng, 4.6 ca, 4.6 ch ngi Hình dáng Coupộ V cng ghế, cửa Cabriolet Ơtơ mui trần Mui dạng xếp, rời, ghế, cửa Vỏ cứng khoang sau rộng, cửa bên, cửa sau Vỏ cứng khoang sau rộng, 2-4 cửa bên, cửa sau Khoang sau chuyên dùng, cửa bên Chở người, chở hàng, nhiều địa hình Kombi Ơtơ chở khách nhỏ (mini bt) Ơtơ bán tải (pick-up) ễtụ a nng * Ôtô chở ng-ời (buýt) STT Tên gọi ễtụ khỏch loi nh (mini bus) Đặc điểm Ơtơ khách đường dài (bus) cửa bên lớn Ơtơ khách thành phố (city bus) 2-3 cửa bên lớn Ơtơ khách liên tỉnh (bus) cửa bên Ơtơ khách thành phố loại hai thân Ơtơ điện chở khách Ơtơ khách du lịch chun dụng 9-16 chỗ ngồi Xe kéo, rơ mc dính liền, nhiều cửa bên Chạy điện thành phố Có đầy tin nghi sinh hot Hình dáng * Ôtô tải STT Tên gọi ễtụ ti a dng Ôtô tải chuyên dụng Ôtô tải tự đổ ễtụ kộo Đặc điểm Cú bung lỏi v thựng cha hàng Có buồng lái khoang chứa hàng chuyên dùng Có buồng lái thùng tự đổ Có buồng lái v mõm xoay liờn kt Hình dáng * Đoàn xe STT Tªn gäi Đồn xe chở khách Đồn xe vận tải Đồn xe kéo bán mc trục Đồn xe kéo bán mc vận tải Đồn xe kéo nhiều mc Đồn xe kéo thân di Đặc điểm Gm xe kộo v rmoúc Gm xe kéo rơmc Gồm ơtơ kéo bán mc trc Hình dáng Gm xe kộo v bỏn moúc hai trục Gồm xe kéo nhiều moóc nối tiếp Gồm xe kéo bán moóc thân dài 1.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA ÔTÔ 1.2.1 Lịch sử xu hƣớng phát triển ôtô Từ năm 1860 ôtô sử dụng động đốt đời Những ôtô sử dụng động mã lực tốc độ cực đại khoảng 20 km/h Sự đời ôtô dùng động đốt thách thức phương tiện vận tải thô sơ thời ngày thúc đẩy ngành vận tải đường phát triển Đến nay, công nghiệp chế tạo ôtô giới phát triển mạnh chế tạo nhiều loại ôtô đại với tốc độ lớn đạt hàng trăm km/h Các gam tải trọng đa dạng, phổ biến từ 0,5 - 10 Đặc biệt có loại ơtơ tải nặng có trọng tải đến 60 Đấy chưa kể đến phương thức vận tải chuyên dụng đoàn xe Xu hướng phát triển ôtô giới là: tăng tải trọng, tăng tốc độ, tăng tính kinh tế nhiên liệu, tăng tính tiện nghi giảm nhiễm môi trường Để phục vụ cho xu hướng phát triển nêu thành tựu khoa học kỹ thuật như: tin học, tự động điều khiển, điện tử, vật liệu mới, ngành chế tạo ôtô ứng dụng 1.2.2 Cấu tạo chung Ôtô bao gồm năm phần chính: động cơ, gầm, hệ thống điện, cabin (vỏ xe) hệ thống thiết bị phụ khác (radio, điều hoà, tời kéo, …) - Động ôtô: động nguồn động lực chủ yếu ôtô Hiện nay, ôtô sử dụng phổ biến động đốt kiểu pittông kỳ - Gầm ôtô: gầm ôtô bao gồm hàng loạt hệ thống: + Hệ thống truyền lực có nhiệm vụ nhận truyền động lực từ động đến bánh xe chủ động + Hệ thống chuyển động gồm khung vỏ, vỏ cầu, bánh xe, hệ thống treo + Hệ thống điều khiển gồm hệ thống lái hệ thống phanh - Điện ôtô: gồm điện động điện thân xe với hệ thống cung cấp điện, hệ thống đánh lửa, hệ thống khởi động, hệ thống tín hiệu chiếu sáng, hệ thống thơng tin, chẩn đốn, 1.3 BỐ TRÍ CHUNG TRÊN ƠTƠ 1.3.1 Bố trí chung ôtô chủ yếu phụ thuộc phụ vào bố trí động hệ thống truyền lực Hệ thống truyền lực (HTTL) tập hợp cụm chức khác Thơng thường bao gồm: Hình 1.1.a Bố trí chung động hệ thống truyền lực ôtô - Ly hợp, hộp số chính, cầu chủ động, trục đăng, bánh xe; - Ly hợp, hộp số chính, hộp phân phối, cầu chủ động, trục đăng, khớp nối, bánh xe; - Hoặc hộp số khí thuỷ lực (hộp số thuỷ cơ), hộp phân phối, cầu chủ động, trục đăng, khớp nối, bánh xe, v.v Số lượng cụm khác tuỳ thuộc vào tính kỹ thuật ơtơ Trên hình 1.1.a 1.1.b giới thiệu sơ đồ bố trí chung thường gặp ôtô - Sơ đồ a: động cơ, ly hợp, hộp số đặt hàng dọc phía trước đầu ôtô, cầu chủ động đặt sau ôtô, trục đăng nối hộp số cầu chủ động Chiều dài từ hộp số đến cầu chủ động sau lớn nên trục phải đặt ổ treo Sơ đồ thông dụng quen thuộc nhiều ôtô gặp - Sơ đồ b: động cơ, ly hợp, hộp số chính, cầu ơtơ nằm dọc phía trước, tạo nên cầu trước chủ động Toàn cụm liên kết với thành khối lớn, gọn Nhờ cấu trúc trọng tâm xe nằm lệch hẳn phía đầu ôtô, kết hợp với cấu tạo vỏ ôtô tạo khả ổn định cao có lực bên tác động, đồng thời giảm độ nhạy cảm với gió bên Song không gian đầu ôtô chật hẹp - Sơ đồ c: động cơ, ly hợp, hộp số, nằm ngang đặt trước ơtơ, cầu trước chủ động Tồn cụm truyền lực làm liền khối, trọng lượng khối động lực nằm lệch hẳn phía trước đầu ơtơ giảm đáng kể độ nhạy cảm ôtô với lực bên nhằm nâng cao khả ổn định tốc độ cao Trong cầu chủ động: truyền bánh trụ thay cho truyền bánh côn - Sơ đồ b, c ngày thông dụng, đặt ôtô cầu chủ động, có tốc độ cao nhằm đảm bảo trọng lượng phân bố phía trước lớn (kể ơtơ đầy tải) điều có lợi cho khả điều khiển ôtô giảm nhẹ công việc lắp ráp sản xuất - Sơ đồ d: động cơ, ly hợp, hộp số, cầu chủ động làm thành khối gọn phía sau ơtơ, cầu sau chủ động Cụm động nằm sau cầu chủ động Cấu trúc gặp ơtơ loại 4, chỗ ngồi, tồn lý công nghệ truyền thống hãng sản xuất thực loại ôtô mini buýt - Sơ đồ e: giống sơ đồ d cụm động nằm quay ngược lại, đặt trước cầu sau Hai dạng cấu trúc phù hợp cho việc tăng lực kéo xe, tức đảm bảo khả tăng tốc ôtô tốt, hạ thấp chiều cao đầu ơtơ, phù hợp với việc tạo dáng khí động học cho ôtô cao tốc - Sơ đồ g: động cơ, ly hợp đặt trước xe, hộp số chính, cầu xe đặt sau ôtô tạo nên khối lớn, trục đăng nối ly hợp hộp số Trục đăng đặt kín vỏ bọc làm tốt việc bảo vệ che bụi cho hệ thống Trọng lượng san cho hai cầu - Sơ đồ h: động cơ, ly hợp đặt trước, hộp số chính, hộp phân phối đặt dọc phía đầu ơtơ, cầu trước cầu sau chủ động Nối hộp phân phối cầu trục đăng Sơ đồ thường gặp ơtơ có khả việt dã cao, ôtô chạy đường xấu - Sơ đồ i: động cơ, hộp số, ly hợp, cầu trước thành khối nằm phía đầu ơtơ, đáp ứng nhu cầu tăng trọng lượng lên cầu trước Cầu sau chủ động nối với hộp số thơng qua khớp ma sát, khơng có hộp phân phối Kết cấu đơn giản ơtơ có tính việt dã tốt, ơtơ hoạt động mặt đường trơn Hình 1.1.b Bố trí chung động hệ thống truyền lực ơtơ 1.3.2 u cầu cách bố trí chung ơtơ Bố trí động tổng thành ôtô phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Hệ số sử dụng chiều dài phải lớn: L Trong đó: l: chiều dài thùng chứa hàng (buồng chứa) (m) L: chiều dài toàn ôtô (m) - Chỗ ngồi người lái phải đảm bảo an toàn dễ thao tác vệ sinh cơng nghiệp, có chỗ để kiểm tra, bảo dưỡng tổng thành - Sự phân bố tải trọng lên cầu phải hợp lý cho bảo đảm yêu cầu kéo, bám, hãm, chuyển hướng ổn định 1.3.3 Bố trí động Trên hình (1.2a) bố trí động phía trước ngồi buồng lái sử dụng nhiều xe tải Ưu điểm: Dễ kiểm tra, bảo dưỡng, điều chỉnh, bố trí cấu điều khiển động cơ, ly hợp, hộp số, thuận lợi Hình 1-2 Bố trí động ôtô Nhược điểm: Hệ số nhỏ, tầm nhìn người lái - Hình (1.2.b,c) động đặt phía trước, buồng lái ta thấy tầm nhìn lái xe tốt, nâng cao , song kiểm tra bảo dưỡng động khó Khắc phục nhược điểm người ta làm buồng lái lật (1.2.h) - Hình (1.2.d): động đặt đằng sau thường sử dụng xe con, xe khách Theo kiểu bố trí vị trí người lái ngồi tốt, khoang hành khách cách nhiệt tốt, kết cấu truyền lực gọn, tăng độ bám Việc điều khiển động cơ, ly hợp, hộp số phức tạp - Hình (1.2.e): bố trí động sàn, thường sử dụng xe khách có ưu điểm phương án song làm giảm khoảng sáng gầm xe khó kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa Việc điều khiển động cơ, ly hợp, hộp số từ xa nên phức tạp 1.3.4 Bố trí hệ thống truyền lực Có nhiều kiểu bố trí hệ thống truyền lực ơtơ, tùy theo tổng số bánh xe số lượng bánh xe chủ động ôtô Ta ký hiệu x 2; x 4; x 4; 6x cơng thức bánh xe, số thứ biểu thị tổng số bánh xe xe (loại bánh kép tính bánh xe), số thứ hai số bánh xe chủ động Kiểu hệ thống truyền lực có ảnh hưởng lớn đến bố trí chung tồn xe Ở sơ đồ hình (1.3a) động đặt phía trước xe dẫn động cầu chủ động phía sau Sơ đồ tương đối phù hợp với ơtơ vận tải tận dụng lực bám xe đầy tải Theo sơ đồ trục truyền đăng tương đối dài nên người ta lắp ổ đỡ trung gian cho trục truyền, ta gặp ơtơ Gaz 53, zil 130, MAZ, giải phóng Ở sơ đồ hình (1.3b) động cầu chủ động bố trí phía trước, nên kết cấu hệ thống truyền lực gọn (có thể động cầu chủ động đặt phía sau) Thơng thường loại bố trí sử dụng hệ thống treo độc lập Trong trường hợp toàn cụm động cơ, ly hợp, hộp số, truyền lực chính, vi sai lắp lên khung xe qua gối đỡ cao su đàn hồi Như cụm tổng thành khơng có chuyển động tương đối so với khung xe trình hoạt động Sự dịch chuyển tương đối bánh xe chủ động so với khung xe nhờ bán trục có hai khớp đăng đơn Với loại xe x x hình (1.3c, d k) có thêm hộp phân phối (8) để phân phối mômen xoắn đến cầu có thêm hộp trích cơng suất (7) để truyền mơmen xoắn đến tang tời (10) Có thể truyền động đăng đến cầu cầu sau từ hộp phân phối cầu cầu sau riêng (k) Hình 1.3 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lùc Chƣơng TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÁC CƠ CẤU VÀ CHI TIẾT CỦA ƠTƠ Ơtơ hệ động lực học phức tạp, chuyển động với tốc độ cao loại đường khác nhau, tình trạng chịu tải khơng đơn giản Khi nghiên cứu độ bền kết cấu, chi tiết ơtơ ngồi tải trọng tĩnh cần xét đến tải trọng động Thông qua tổng hợp tải trọng tĩnh, hệ số an toàn, thống kê xác suất tải trọng động, có chế độ tải trọng tính tốn thiết kế Trên loại ôtô, giá trị lớn mômen xoắn M emax động xác định, ta coi Memax tải trọng tĩnh Tùy theo điều kiện sử dụng (khi xe chạy) có lúc cấu chi tiết ôtô chịu tải trọng động lớn thời gian tác dụng ngắn Chúng ta sử dụng hệ số tải trọng động Tải trọng động Kđ = Tải trọng tĩnh Để biểu thị mức độ ảnh hưởng lúc có tải trọng động, ta xét số trường hợp thường gặp phát sinh tải trọng động 2.1 CÁC TRƢỜNG HỢP SINH RA TẢI TRỌNG ĐỘNG 2.1.1 Đóng ly hợp đột ngột Khi khởi hành ơtơ việc đóng ly hợp đột ngột sinh tải trọng động lớn, tốc độ góc phần bị động tăng lên nhanh thời gian ngắn dẫn đến xuất gia tốc góc mơmen qn tính Ta thấy xe bị giật mạnh động chết máy Hiện chưa có phương pháp giải tích để tính tốn tải trọng động sinh trường hợp Thường sử dụng cơng thức kinh nghiệm có khái niệm định tính: Kd i 8 i (2-1) - : hệ số dự trữ mômen ly hợp - i: tỉ số truyền chung cho hệ thống truyền lực ứng với tay số nghiên cứu Kết thí nghiệm đóng ly hợp đột ngột xe A3-51 Khởi hành chỗ với tay số Hệ số Kđ nối ly hợp đột ngột 3,35 3,66 Tỉ lệ mômen động tĩnh ly hợp 1,67 1,82 2,03 2.1.2 Phanh mà không cắt ly hợp 2.1.2.1 Trong trình phanh Những trường hợp khẩn cấp người ta phanh ôtô không cắt ly hợp, lúc tải trọng động gây dạng mơmen qn tính Đặc trưng trường hợp biểu diễn sơ đồ sau (hình 2.2): Để bảo đảm tốc độ góc trục chủ động trục bị động truyền đăng hai khớp chữ thập ngồi điều kiện góc 1 = 2 nạng trục trung gian phải có hướng trùng mặt phẳng Vì lắp ráp hai nửa trục trung gian có then hoa di trượt cần ý đặc điểm Chú ý hình 7.4.c 7.2.2 Cấu tạo Cấu tạo chung trục đăng bao gồm thân trục đăng khớp đăng Thông thường người ta sử dụng loại trục đăng có hai khớp nối (hình 7.5.a) a Trục đăng hai khớp b Trục đăng ba khớp Hình 7.5: Cấu tạo chung trục đăng Trong trường hợp khoảng cách truyền tương đối xa tốc độ quay trục đăng lớn trục có xu hướng bị võng rung động nhiều người ta sử dụng trục đăng hai thân ba khớp có ổ đỡ trung gian (hình 7.5.b) Với cấu tạo chiều dài đoạn đăng ngắn làm độ cứng vững tăng lên nên bị võng rung động làm việc tốc độ cao Bộ phận truyền đăng khớp đăng, mơ tả hình 7.6 Hình 7.6: Cấu tạo khớp đăng 119 Khớp đăng bao gồm trục chữ thập hai nạng gắn liền với trục chủ động trục bị động khớp đăng Trục chữ thập liên kết với lỗ hai nạng thơng qua ổ bi kim Vịng bi kim lắp vào nắp nắp ép vào lỗ nạng Để ngăn khơng cho vịng bi dịch chuyển trục đăng làm việc tốc độ cao người ta sử dụng vịng hãm hãm để cố định nắp vòng bi lỗ nạng Các chi tiết hình 7.6 Thân trục đăng dùng để nối hai khớp đăng với (hình 7.7) Thân trục thường chế tạo ống thép hình trụ rỗng nhằm giảm khối lượng, tăng độ cứng vững tăng khả truyền mơmen xoắn Hình 7.7: Cấu tạo thân trục đăng Ngồi q trình làm việc khoảng cách hai khớp đăng thay đổi nên thân trục đăng thường chế tạo hai nửa liên kết với then hoa Do lắp ráp làm hai nạng thân trục không trùng mặt phẳng nên hai nửa thân trục thường có đánh dấu lắp ráp 7.3 CÁC ĐĂNG ĐỒNG TỐC 7.3.1 Nguyên lý hình thành đăng đồng tốc kiểu bi Nguyên lý hình thành đăng bi xem xét sở truyền bánh ăn khớp có kích thước hình học giống hồn tồn hình 7.8.a Hình 7.8: Nguyên lý hình thành đăng đồng tốc kiểu bi a Bộ truyền bánh có kích thước hình học giống b Bộ truyền thay đổi góc truyền lực ăn khớp bi c Các đăng đồng tốc bi tự định vị d Các đăng đồng tốc bi có vịng định vị Khi góc hai đường tâm trục thay đổi, tức thay đổi góc nghiêng truyền mơmen hai trục chủ động bị động, điều kiện đồng tốc thực nếu: - Giữ nguyên khoảng cách từ điểm truyền lực đến điểm giao hai đường tâm trục 120 - Điểm truyền lực luôn nằm mặt phẳng phân giác góc tạo nên hai đường tâm trục Trong trường hợp truyền ăn khớp bi viên bi phải nằm mặt phẳng phân giác góc tạo hai đường tâm trục (hình 7.8.b) Để giữ cho viên bi truyền lực nằm mặt phẳng phân giác kết cấu cụ thể thực theo kiểu khác nhau: - Tự định vị rãnh cong (hình 7.8.c) - Dùng vịng định vị (hình 7.8.d) Thơng thường đăng đồng tốc sử dụng để truyền lực cho bánh xe chủ động cầu dẫn hướng chủ động, góc quay bánh dẫn hướng hai phía lên tới 30o - 40o Các dạng đăng đồng tốc tiêu biểu dùng ôtô du lịch gồm có: - Các đăng đồng tốc bi kiểu Veise - Các đăng đồng tốc bi kiểu Rzeppa - Các đăng đồng tốc kiểu Tripod - Các đăng đồng tốc kiểu chữ thập kép 7.3.2 Các đăng đồng tốc bi kiểu Veise Hình 7.9: Cấu tạo đăng đồng tốc bi kiểu Veise Trên cầu trước dẫn hướng, chủ động có dầm cầu cứng, hệ thống treo phụ thuộc thường bố trí loại đăng đồng tốc kiểu Trục chủ động có nạng chữ C Hai bên đầu nạng có rãnh trịn để chứa viên bi truyền lực Các rãnh tròn tạo với rãnh cong trịn có tâm tâm khớp với cung cong cho phép viên bi di chuyển xấp xỉ 30o Trong khớp có bốn viên bi nằm ngồi có nhiệm vụ truyền lực Trục bị động có cấu tạo tương tự lắp đối diện với viên bi tạo nên rãnh ôm hai mặt với viên bi Một viên bi thứ nằm tâm khớp, hai phía tì vào hai nửa trục truyền nhờ rãnh lõm hình chỏm cầu 7.3.3 Các đăng đồng tốc bi kiểu Rzeppa Loại đăng đồng tốc kiểu sử dụng phổ biến ôtô du lịch với cầu chủ động dầm liền với hệ thống treo độc lập Cấu tạo chúng mơ tả hình 7.10 Trục chủ động đăng đầu nối với bánh bán trục vi sai đầu lại lắp then hoa với phần cầu, bề mặt ngồi có sáu nửa rãnh trịn Trục bị động hốc cầu có sáu nửa rãnh trịn trong, chứa 121 viên bi Các viên bi nằm rãnh trịn nửa rãnh ngồi định vị vòng định vị dạng cầu Vòng định vị nằm sát với vách cầu trục chủ động, đóng vai trị tạo mặt phẳng phân giác chứa viên bi Góc lệch tối đa cho phép hai đường tâm trục khoảng 40o Hình 7.10: Cấu tạo đăng đồng tốc bi kiểu Rzeppa Để thay đổi chiều dài đăng trình làm việc trục chủ động ghép then hoa với cầu đăng Khớp bôi trơn mỡ bao bọc vỏ cao su dạng xếp 7.3.4 Các đăng đồng tốc kiểu Tripod Cấu tạo đăng Tripod (xem hình 7.11) gồm thân bao hình trụ, xẻ ba rãnh dọc theo đường sinh Thân bao hình trụ nối với trục chủ động then hoa Trục bị động lắp then hoa với chạc ba cố định trục hai vành hãm Trên đầu trục chạc ba có bố trí lăn với hình bao ngồi dạng mặt cầu Con lăn vừa quay trục vừa di chuyển dọc trục Các lăn bị hạn chế khơng chạy ngồi gờ cao rãnh thân bao hình trụ Tồn khớp đăng bọc vỏ bọc cao su đàn hồi 122 Hình 7.11: Cấu tạo đăng đồng tốc kiểu Tripod Khớp đăng loại có khả truyền lực với góc lệch hai đường tâm trục tới 25o có khả di chuyển dọc trục lớn Với góc truyền lớn 25o khơng có khả giữ điểm truyền lực mặt phẳng phân giác khó đảm bảo khả đồng tốc Tuy so với kiểu đăng đồng tốc khác, loại đăng có cơng nghệ chế tạo đơn giản giá thành thấp Chúng thường bố trí ơtơ mini bt hay pick-up với dạng đăng đồng tốc bi khác để tạo nên trục truyền với hai đầu hai loại khớp đăng khác nhau, dùng hệ thống treo độc lập Trên hình 7.12 cấu tạo đăng loại kết hợp sử dụng ôtô Toyota Crown Một đầu khớp đăng kiểu Tripod đầu khớp đăng kiểu Rzeppa Đầu có cấu tạo kiểu Tripod đặt phía tạo điều kiện liên kết với trụ đứng hệ treo độc lập đồng thời có khả di chuyển dọc trục lớn để bù chiều dài bánh xe dao động theo phương thẳng đứng Hình 7.12: Cấu tạo đăng đồng tốc kết hợp (trên ôtô Toyota Crown) 7.3.5 Các đăng đồng tốc kiểu chữ thập kép Các đăng đồng tốc kiểu chữ thập kép thực chất biến hình đăng khác tốc kép, mà chiều dài đoạn thân trục nối hai khớp đăng giảm Cấu tạo khớp đăng đồng tốc kép mô tả hình 7.13 123 Hình 7.13: Cấu tạo đăng đồng tốc kiểu chữ thập kép Loại đăng thường thấy cầu dẫn hướng chủ động có dầm cầu liền ôtô du lịch tốc độ thấp, loại ôtô cao tốc không dùng Trên đoạn đăng đặt hai ổ, hai trục chữ thập liền kề chiều dài đoạn vừa đủ để nối hai trục chữ thập 7.4 KHỚP NỐI ĐÀN HỒI Hình 7.14: Cấu tạo số dạng khớp nối đàn hồi Khi mơmen truyền khơng lớn góc hai đường tâm trục trục chủ động trục bị động truyền khơng lớn người ta sử dụng khớp nối đàn hồi Khớp nối đàn hồi thường sử dụng hệ thống truyền lực số ôtô du lịch Cấu tạo số dạng khớp nối đàn hồi mô tả hình 7.14 Các khớp nối đàn hồi có khả giảm giật, hạn chế tiếng ồn, kết cấu đơn giản cho phép truyền lực với góc thay đổi nhỏ, bị hư hỏng dễ dàng thay Có hai dạng khớp nối đàn hồi: - Dạng đĩa: cấu tạo khớp dạng bao gồm đĩa thép có bố trí số lỗ (bốn sáu) lỗ có đặt vịng đàn hồi cao su Hai trục chủ động bị động có bố trí mặt bích dạng hai nạng ba nạng, nạng liên kết với đĩa thông qua bulơng, đầu bắt với nạng cịn thân nằm vòng đàn hồi - Khớp cao su thay kết cấu dạng đĩa Khớp cao su chế tạo liền khối có để lỗ để phần thân chốt bulông hai nạng chủ động bị động liên kết với khớp cao su 7.5 KHỚP CÁC ĐĂNG KHÁC TỐC 7.5.1 Khớp đăng đơn 7.5.1.1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo Cấu tạo đăng đơn giản bao gồm:Chốt chữ thập, nạng đăng chủ động, nối liền với trục chủ động, nạng đăng bị động nối liền với trục bị động (hình 7.15) Hình 7.15: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo truyền động Trục chủ động quay trịn kéo theo Hình 7.15 đăng đơn chốt chữ thập vừa quay vừa lúc 1: trục nạng đăng chủ động lắc làm cho trục bị động 2: chốt chữ thập, 3: trục nạng đăng bị động quay tròn theo phạm vi lúc lắc 124 chốt chữ thập 7.5.1.2 Động học khớp đăng đơn Trên hình 7.16 sơ đồ hai vị trí cấu đăng giúp ta nghiên cứu động học khớp đăng đơn giản Hình 7.16: Hai vị trí cấu đăng Hình 7.16 Hình 7.16 a: vị trí 00, b: vị trí 900 77772 Xét tốc độ tiếp tuyến điểm C, chuyển động bị chi phối hai trục Vc = 1.r1 = 2.r2 (7-1) r1, r2 khoảng cách 5-2 điểm c đến đường tâm trục 1, 2: tốc độ góc trục Điều kiện cần thiết để 1 = 2 r1 = r2 tức AC.sin1 = BCsin2 mặt kết cấu đảm bảo OA = OB muốn thỏa mãn yêu cầu đồng tốc nêu điểm C ln ln phải nằm mặt phẳng phân giác hai đường tâm trục AOB Trên thực tế chuyển động cấu đăng đơn giản sau lần quay 900 điểm C từ vị trí vị trí bên mặt phẳng phân giác chuyển sang bên Như cấu đăng đơn giản không đảm bảo đồng tốc Ta tìm quy luật khác tốc Trong giáo trình nguyên lý máy chứng minh công thức biểu thị quan hệ động học đăng đơn giản tg1 = tg2.cos (7-2) Trong đó: 1, 2: góc quay trục chủ động bị động : góc giao hai trục Đồ thị hình 7.17 biểu thị quan hệ lệch pha hai trục Nếu xét vòng quay 3600 trục chủ động có hai lần trục bị động quay chậm hai lần quay nhanh (tức trục bị động quay không ổn định) Đạo hàm biểu thức (7-2) theo thời gian d d 1 cos 2 cos 1 dt cos dt d1 d 1 ; 2 thay vào (7.3) ta có dt dt 2 cos 2 1 cos cos 2 125 (7-3) (7-4) (7-5) Coi 2 hàm 1 ta có từ tg2 tg1 sin tg1 hay cos cos cos (7-6) (7-7) Bình phương hai vế lấy nghịch đảo biến đổi lượng giác ta cos 2 cos cos cos cos 2 cos (tg 21 cos ) (7-8) Thay (7-4) vào (7-3) rút gọn ta được: 2 cos 1 sin 1 cos cos 1 (7-9) Ta có kết luận: - 1 = const 2 biến thiên theo góc 1 có nghĩa biến thiên theo thời gian xuất gia tốc góc gây tải trọng động Hình 7.17 Hình 7.17: Đồ thị lệch pha hai trục cấu đăng đơn giản - Khi 1 = 00, 1800, 3600 = K tỉ số tốc độ góc hai trục đạt giá trị cực đại 2 1 max cos (7-10) cos 1 1 2 sin 1 cos cos 1 cos 1 sin 1 cos cos 1 - Khi 1 = 900, 2700, (2K + 1) Từ (7-9) ta viết (7-11) (7-12) Và quy luật biến thiên biểu thị đồ thị hình 7.18 Ta thấy nhỏ chênh lệch Để giải cho trục bị động quay ổn định, đồng tốc người ta sử dụng cấu đăng kép 126 Hình 7.18: Đồ thị biến thiên tốc độ góc trục bị động 2 7.5.2 Cơ cấu đăng kép Cơ cấu đăng kép bao gồm hai cấu đăng đơn giản trục truyền theo sơ đồ hình 7.19 Hình 7.19: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo cấu đăng kép 1: Trục chủ động góc quay 1 Trục bị động có góc quay 2 3: Trục trung gian góc quay 3 A,B: khớp đăng + Xét cấu đăng đơn giản 1-A-3 áp dụng biểu thức (7-2) ta có tg1 tg cos (7-13) + Tương tự với 2-B-3 Từ (7.7), (7.13) ta có: tg tg1 cos cos 1 (7-14) Nếu 1 = 2 ta có tg1 = tg2 1 = 2 biện pháp đơn giản để giải vấn đề đồng tốc đăng Để có (7-14) yêu cầu nạng trục phải nằm mặt phẳng 127 Hình 7.20 : Truyền động đăng kép nạng chủ động ; : trục chữ thập ; : ổ bi kim ; : nạng chủ động ; : đệm chắn mỡ ; : cao su chắn bụi ; : trục then hoa ; : ống then hoa ; : vú mỡ bôi trơn cho then hoa Hình 7.21 : Truyền động đăng qua ba khớp, bố trí theo a b 1: khớp nối chủ động ; 2: trục trung gian ; 3: giá đỡ kim loại ; 4: cao su chắn bụi ; 5: trục đăng ; 6: khớp bị động ; 7: khớp trung gian ; 8: phanh hãm ; 9: vú mỡ ; 10: ổ bi cầu đỡ trục trung gian ; 11: ống then hoa ; 12: trục then hoa ; 13: vòng hãm ; 14: kết cấu cụm hãm chắn mỡ ; 15: cao su đàn hồi ; 16: trục bánh dứa Như truyền động qua hai khớp đăng đơn có đồng tốc độ trục chủ động bị động không gây dật, không bị tải trọng động Để đảm bảo thay đổi chiều dài trục đăng người ta làm trục có hai đoạn, lắp ghép then hoa với Hình 7.20 bố trí đăng ơtơ, cách bố trí cho tăng độ cứng vững góc lệch nhỏ 128 7.5.3 Cấu tạo khớp đăng truyền động đăng Hình 7.22 : Cấu tạo khớp đăng khác tốc a, khớp đăng mềm : 1: nạng chủ động, 2: cao su đàn hồi, : nạng bị động, : định vị b, khớp đăng cứng, 1: vành hãm nắp đậy ; 2,6 : nạng đăng ; :vú mỡ, : chốt chữ thập, : bulông bịt lỗ khoan dẫn mỡ, : vòng đệm, : ổ bi kim, : ca ổ bi kim Các nạng đăng bắt với trục chủ động bị động Khớp đăng với ổ bi kim có hiệu suất truyền động cao đảm bảo định tâm trục xác, có độ bền tuổi thọ cao Truyền động đăng kép rõ hình 7.20 7.21 Trong số trường hợp trục đăng dài dễ gây dao động tốc độ quay cao đồng thời số vòng quay lớn trục đăng tỉ lệ nghịch với chiều dài trục người ta dùng truyền động qua ba khớp có ổ bi đỡ trung gian Bố trí đảm bảo độ cứng vững (có bi đỡ trung gian) bảo đảm đồng tốc trục chủ động bị động (vì góc lệch trục thứ nhỏ) đảm bảo tăng số vòng quay giới hạn lớn trục đăng (chiều dài ngắn) Ổ đỡ trung gian có giá đỡ kim loại, lắp cố định lên xà ngang khung xe bulơng Vịng cao su 15 cho phép giảm ứng suất gây lắp ghép khơng xác vị trí cụm biến dạng (uốn xoắn) khung xe chuyển động đường khơng phẳng Mối ghép then hoa đuôi trục (12) nạng (7) với ống then hoa 11 cho phép thay đổi so với khung xe 7.6 KHỚP CÁC ĐĂNG ĐỒNG TỐC 7.6.1 Nhiệm vụ nguyên tắc cấu tạo Khớp nối đăng có tỉ số 2 ln ln khớp đồng tốc 1 Khớp đăng đồng tốc dùng để nối dẫn động đến bánh xe dẫn hướng chủ động đảm bảo tốc độ góc trục chủ động bị động làm tăng tính ổn định bánh xe dẫn hướng khơng phát sinh tải trọng qn tính phụ tác dụng lên bánh xe dẫn hướng Khớp đăng đồng tốc đảm bảo truyền lực với góc lệch thay đổi lớn làm tăng tính động quay vòng 129 Xét hai trục quay đặt lệch góc trục có đoạn nối chúng có điểm tiếp xúc chung A (trên hình 7.23) Hình 7.23 : Sơ đồ khớp đăng đồng tốc I-I mặt phẳng phân giác chứa tâm viên bi Muốn cho tốc độ quay (1 = 2) hai trục quay nối với khớp, điểm tiếp xúc chung A phải đảm bảo khoảng cách từ đến đường tâm trục quay (phần đề cập đến khớp đăng đơn) tức r1 = r2 = r (hình 7.23.a), điểm A phải ln nằm mặt phẳng phân giác góc tạo đường tâm hai trục quay Khi trục trục quay góc lệch điểm A phần mặt cầu có tâm O bán kính OA (đây mặt phẳng phân giác góc lệch hai trục) Để đảm bảo khoảng cách r1 = r2 cấu tạo, hình dáng kích thước hai nạng tạo thành khớp phải hồn tồn phải có kết cấu ln đảm bảo tiếp xúc hai nạng Điểm chung hai nạng nằm mặt phẳng phân giác góc tạo đường tâm hai trục quay đảm bảo rãnh phân chia hai nạng (7.23.b) 7.6.2 Cấu tạo đăng đồng tốc 7.6.2.1 Các đăng bi đồng tốc kiểu Vâyxơ Hình 7.24 chi tiết đăng Vâyxơ Hình 7.24: Các chi tiết khớp đăng đồng tốc Vâyxơ a.Các chi tiết tháo rời : b)khi lắp ráp 1: Viên bi trung tâm, : viên bi xung quanh, 3,4 : nạng đăng, 5: trục đăng, 6: chốt định vị xuyên qua viên bi 1, 7: chốt hãm Đặc điểm cấu tạo Khớp có hai nạng chế tạo liên tục, nạng có cấu tạo hình dáng, kích thước hồn tồn giống Mỗi nạng có bốn rãnh bố trí đối xứng nhau, đường tâm rãnh cung tròn có bán kính giống nhau, chiều dài rãnh góc lệch giới hạn hai trục Ở trạng thái lắp ráp bốn rãnh 130 chứa bốn viên bi (2) có viên nhỏ (1) đặt đầu mút hai nạng để định vị nạng Khi quay trục 5, nạng quay theo viên bị xung quanh làm nạng quay, bốn viên bi dịch chuyển để cho năm viên bi luôn nằm mặt phẳng phân giác góc lệch hai trục (hình 2.4.b) 7.6.2.2 Khớp đăng đồng tốc kiểu cam Khớp đăng đồng tốc kiểu cam mơ tả hình 7.25 Đặc điểm cấu tạo : Khớp đăng đồng tốc kiểu cam (thông thường) gồm: hai nạng hai cam và đĩa Mỗi nạng có bề mặt trụ (C) Mỗi cam có bề mặt trụ A rãnh B Khi lắp ráp thành khớp bề mặt trụ ngồi cam A ép vào bề mặt C nạng, đĩa nằm hai rãnh B hai cam Như trục quay với nạng vừa quay xung quanh đường tâm đĩa lại vừa quay quanh đường tâm bề mặt trụ A cam Nghĩa chúng quay quanh hai đường tâm trục ln vng góc với Như khớp đăng cam kép thực chất truyền động khớp đăng kép khác tốc bố trí nối tiếp nên trục trục nạng ln có tốc độ góc Hình 7.25: Các chi tiết đăng đồng tốc kiểu cam 1,5: nạng đăng, 2,4: cam, 3: đĩa khớp đăng Người ta làm hai khớp đăng khác tốc nối tiếp nạng nối với ổ hai trục chữ thập yêu cầu ngõng trục nạng phải nằm mặt phẳng Để đảm bảo định vị nạng 1, cam 2, đĩa đảm bảo đường tâm đĩa cắt đường tâm chốt quay lái người ta dùng ống lót định tâm, vòng chặn Người ta ứng dụng khớp đăng đồng tốc vào bán trục cầu chủ động dẫn hướng ôtô : - Cho phép truyền mômen xoắn từ bánh bán trục bánh xe chủ động (về tốc độ góc hai đoạn trục qua khớp đăng) - Cho phép bánh xe dẫn hướng truyền lực lại lệch phương chuyển động để thay đổi hướng chuyển động ơtơ 7.7 TÍNH TỐN SỐ VÕNG QUAY NGUY HIỂM CỦA TRỤC CÁC ĐĂNG Trong lý thuyết dao động người ta thường xét đến tượng cộng hưởng trục dài quay với tốc độ lớn Trục đăng thuộc diện xét Các đăng chế tạo có sai số, cân thiếu xác nên khối 131 lượng trục phân bố khơng trọng tâm bị lệch đoạn e so với đường tâm trục Khi quay sinh lực li tâm cho trục có độ võng y Xét điều kiện cân trục theo hình 7.26 ta có lực li tâm lực đàn hồi m(y e)2 C.y y EJ l3 (7-11) m3 e CEJ m2 l Hình 7.26 : Sơ đồ trục võng Độ võng y tiến đến vơ có nghĩa xảy tượng cộng hưởng phá hoại trục, tốc độ góc trục đạt đến giá trị giới hạn (nguy hiểm) t: tốc độ tới hạn t 30 C.E.J C.E.J nt 3 l m l m (7-12) Trong đó: nt: võng quay tới hạn (v/p) C: hệ số xét đến ảnh hưởng gối tựa E: mô đun đàn hồi (N.m-2) J: mômen quán tính tiết diện trục (m4) l: chiều dài trục đăng (m) m: khối lượng trục (kg) Ví dụ: tính vịng quay nguy hiểm trục trịn đặc đường kính D đặt tự gối đỡ Ta có: D l D G J ;m 64 g g = 0,78.106 N.m-3 (trọng lượng riêng thép) E = 2,10.1011N.m-2 C = 384 thay vào (7-12) Ta có: n t 12.10 D l2 (7-13) Từ ta có cơng thức tính nt có trục đăng thép: 132 Loại điểm tựa Trục đặc Trục rỗng Đặt tự điểm tựa D 12.104 l 12.10 Ngàm điểm tựa D 27,5.14 l 27,5.10 D2 d2 l2 D2 d2 l2 Để nâng cao giá trị tốc độ vòng quay tới hạn nhằm tăng tốc độ lớn ôtô phải giảm chiều dài trục (1) cách phân thành đoạn đăng trung gian đăng chính, trục đăng nên làm rỗng Đối với loại trục đăng hở nằm tự gối tựa chiều dài l thừa nhận khoảng cách tâm điểm khớp nối đăng Khi chọn kích thước trục đăng cần tính đến hệ số dự trữ theo số vịng quay nguy hiểm nt 1,2 2,0 n max Trong đó: nmax số vịng quay cực đại trục đăng ứng với tốc độ lớn xe ơtơ (v/p) Khi cần tính tốn thiết kế truyền động đăng người ta dựa vào cách bố trí đăng xe, tính tốn số vịng quay nguy hiểm, tính tốn sức bền trục, nạng, trục chữ thập theo uốn, dập, cắt, xoắn theo sức bền vật liệu 133 ... ë ih1 l [KJ/m2] ë i L [KJ] ë ih2 l [KJ/m2] ë i r h1 r h2 ZAZ-968M BAZ- 210 1 GAZ-24 GAZ-53A ZIL -1 3 0-7 6 KAMAZ-53 212 KAMAZ-5 410 KAMAZ-5 511 MAZ-500A-8926 MAZ-5335 2-8 86 MAZ-533 6-8 378 SCANIA LB -1 1 1 SCANIA... truyền lực; - đệm; - bulông; - vỏ ly hợp; 10 - đệm cách nhiệt; 11 - lò xo ép; 12 - vỏ ly hợp; 13 - bi "T"; 14 - bạc mở; 15 - lò xo hồi vị bạc mở; 16 - ống trượt; 17 - mở; 18 - đòn mở; 19 - đai ốc... gian; - đĩa bị động; - đĩa ép; - bulông hạn chế; - lò xo ép; - vỏ ly hợp; - bạc mở; 10 - trục ly hợp; 11 - bàn đạp ly hợp; 12 - lò xo hồi vị bàn đạp ly hợp; 13 - kéo; 14 - mở; 15 - bi "T"; 16 - đòn