Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD Phạm Văn Thức BỘ GIÁ BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM VIỆN CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ Ô TÔ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ CẦU CHỦ ĐỘNG CHO Ô TÔ TẢI G.
BỘ GIÁ BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP.HCM VIỆN CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ Ô TÔ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CẦU CHỦ ĐỘNG CHO Ô TÔ TẢI GVHD: ThS Phạm Văn Thức SVTH: Võ Phúc Khang MSSV: 1851080171 Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CẦU CHỦ ĐỘNG 1.1 Tổng quan cầu ô tô .3 1.1.1 Định Nghĩa 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Công dụng .4 1.1.4 Yêu cầu 1.2 Truyền lực 1.2.1 Công dụng .4 1.2.2 Yêu cầu: 1.2.3 Phân loại: .4 1.3 Vi sai 11 1.3.1 Công dụng: 11 1.3.2 Yêu cầu cụm vi sai 11 1.3.3 Phân loại vi sai: 11 1.3.4 Kết cấu số dạng vi sai 12 1.4 Các bán trục 15 1.4.1 Công dụng: 15 1.4.2 Yêu cầu bán trục: .15 1.4.3 Phân loại bán trục: .16 1.5 Dầm cầu 20 1.5.1 Công dụng dầm cầu: .20 1.5.2 Yêu cầu vỏ cầu 21 1.5.3 Phân loại vỏ cầu 21 CHƯƠNG II THIẾT KẾ TÍNH TỐN CẦU CHỦ ĐỘNG 22 2.1 Số liệu ban đầu: 22 2.2 Nội dung tính tốn cầu chủ động bao gồm phần sau: .22 2.3 Thiết kế truyền lực 22 Võ Phúc Khang Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức 2.3.1 Chọn phương án truyền lực chính: .22 2.3.2 Xác định thông số truyền lực .22 2.3.3 Xác định lực tác động lên truyền lực 26 2.3.4 Tính kiểm tra bền bánh truyền lực chình .27 2.3.5 Tính tốn trục .29 2.4 Thiết kế truyền vi sai: 31 2.4.1 Xác định kích thước vi sai 31 2.4.2 Các thông số truyền vi sai: 32 2.4.3 Kiểm tra bền truyền vi sai .32 2.5 Thiết kế tính tốn bán trục dầm cầu: 37 2.5.1 Chế độ tải trọng tính tốn cho bán trục dầm cầu .37 2.5.2 Tính tốn cho bán trục giảm tải hoàn toàn 38 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 Võ Phúc Khang Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CẦU CHỦ ĐỘNG 1.1 Tổng quan cầu ô tô 1.1.1 Định Nghĩa Cầu ô tô hiểu cụm chi tiết nằm ngang thân xe, với bánh xe đỡ toàn tải trọng xe Số lượng cầu cần thiết phụ thuộc vào trọng lượng toàn xe Cụm bánh xe bố trí đầu ngồi cầu xe, truyền tải trọng xe tác dụng lên mặt đường Bên bánh xe lắp cấu phanh, đảm bảo nhận phanh trực tiếp bánh xe Hình dáng chung cầu tơ tải trình bày Hình 1.1 Võ Phúc Khang Đồ án mơn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức 1.1.2 Phân loại - Cầu chủ động cụm hệ thống truyền lực (HTTL) Các bánh xe cầu chủ động nhận công suất từ động truyền tới tạo lực đẩy vết tiếp xúc mặt đường, nhờ tơ chuyển động Trên tơ có cầu chủ động Phụ thuộc vào bố trí hệ thống dẫn hướng ô tô cầu ô tô phân thành : cầu dẫn hướng cầu không dẫn hướng Trên cầu dẫn hướng, bánh xe chuyển động quay mặt phẳng lăn, quay quanh trụ đứng để thay đổi hướng chuyển động tơ Như cầu tơ có thể: cầu chủ động dẫn hướng, cầu chủ động không dẫn hướng 1.1.3 Công dụng - Cầu chủ động: Đảm nhận chức hộp giảm tốc( giảm tốc độ quay từ động truyền đến ) phân phối công suất đến bánh xe chủ động - Cầu dẫn hướng kết hợp với hệ thống lái để thực việc điều khiển chuyển hướng chuyển động ô tô 1.1.4 Yêu cầu Đảm bảo tỉ số truyền cần thiết, kích thước trọng lượng nhỏ, khoảng sáng gầm xe đạt u cầu tính thơng qua xe - Có hiệu suất cao vận tốc góc nhiệt độ thay đổi - Đảm bào vận hành êm dịu, ồn, có tuổi thọ cao - Đảm bảo độ cứng vững bền gọn nhẹ - Phân phối mô men xoắn bánh xe hay giửa trục theo tỉ lệ, đảm bảo sử dụng trọng lượng bám tơ tốt 1.2 Truyền lực 1.2.1 Công dụng TLC để tăng MM xoắn đổi hướng truyền MM từ chiều dọc xe thành chiều ngang nửa trục (trường hợp đ/cơ đặt dọc) 1.2.2 Yêu cầu: -Cho tỉ số truyền cần thiết, k/thước tr/lượng nhỏ, khoảng sáng gầm xe đạt yêu cầu tính thơng qua xe -Có η cao ω nhiệt độ thay đổi Võ Phúc Khang Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức -Đảm bảo vận hành êm dịu,ít ồn, tuổi thọ cao 1.2.3 Phân loại: Theo kiểu kết cấu truyền lực (TLC): -Loại BR (răng thẳng, BR cong, loại hipơít); -Loại BR trụ; -Loại trục vít - bánh vít (TV-BV) Theo số cặp BR ăn khớp: -Loại đơn (i0 = ÷ 7); (tỉ số truyền thay đổi qua lần ăn khớp) -Loại kép (i0 = ÷ 12) (tỉ số truyền thay đổi qua lần ăn khớp) Theo số cấp truyền gồm có: -Loại cấp; (chỉ cho tỉ số truyền) -Loại cấp (cho tỉ số truyền để thay đổi cần) Võ Phúc Khang Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức a) TLC đơn; b) TLC kép trung tâm c) TLC kép riêng rẽ (TL cuối cùng); d,e,f) TLC + Truyền động bánh xe(d-ă/k trong, e-ă/kngồi, f- t/đ hành tinh) Truyền lực đơn (1 cặp BR ăn khớp) a- BR côn, b- TĐ hypoit, c- cặp BR trụ, d- TĐ trục vít- bánh vít a.Truyền lực đơn: Có kết cấu gọn, nhẹ đơn giản dễ sản xuất bảo dưỡng sửa chữa, giá thành thấp nên sử dụng phổ biến hệ thống truyền lực ô tô Tuy nhiên có cặp bánh răng, nên tỉ số truyền truyền lực dạng bị giới hạn (i0 < 7) khả chịu tải không lớn phải tăng mô đun răng, điều dẫn đến tăng kích thước bánh giảm khoảng sáng gầm xe Truyền lực bánh Trong truyền lực bánh cơn, bánh chủ động có số ít, từ 5-9 chế tạo liền trục, bánh bị động thường có kích thước lớn, phù hợp với tỉ số truyền truyền lực Bộ truyền bánh côn sử dụng truyền lực là: + Bánh răng thẳng, dùng xe oto chuyên dụng có tốc độ thấp + Bánh côn xoắn Võ Phúc Khang Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức +Bánh hypoit, oto ngày thường dùng Cặp bánh côn thẳng đơn giản chế tạo Nhưng có hệ số trùng khớp nhỏ, độ ồn cáo làm việc vận tốc lớn, kích thước cồng kềnh nên sử dụng tơ Cặp bánh xoắn kích thước nhỏ gọn hơn, hệ số trùng khớp cao so với bánh răng thẳng Tuy nhiên địi hỏi cơng nghệ chế tạo phức tạp hơn, lực dọc trục lớn Truyền lực dạng hypoid sử dụng ngày rộng rãi loại tơ có ưu điểm trội: khả chịu tải lớn, làm việc êm dịu không ồn Đặc điểm nhận dạng truyền lực loại trục bánh không cắt mà đặt lệch đoạn e Truyền lực bánh trụ sử dụng tơ có động đặt trước nằm ngang cầu trước chủ động Công nghệ chế tạo bánh trụ nghiêng đơn giản, giá thành chế tạo thấp Bánh chủ động truyền lực chế tạo liền trục với trục thứ cấp hộp số, bánh bị động 5-chế tạo rời thành vành ghép với vỏ hộp vi sai Các ổ hướng đỉnh nón ngồi cho phép có khả chịu tải lớn độ cứng vững cao Truyền lực với cặp bánh trụ nghiêng có hiệu suất truyền lực cao so với truyền bánh cơn, dịng truyền mô men xoắn thể nét đứt hình Võ Phúc Khang Đồ án mơn học thiết kế tơ GVHD: Phạm Văn Thức Truyền lực dạng trục vít bánh vít cho phép có tỷ số truyền lớn với kết cấu nhỏ gọn Tuy nhiên truyền lực trục vít có hiệu suất khả chịu tải thấp truyền động bánh côn truyền động Hypoid, giá thành sản xuất dạng truyền động lại cao nên sử dụng tương đối hạn chế (sử dụng số loại tơ có tính việt dã cao) a Võ Phúc Khang Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức b Bộ truyền lực kép bố trí trung tâm Cấu tạo truyền lực kép bố trí rung tâm trình bày hình Bộ truyền gồm: bánh dứa 11 bánh vành chậu 10 Bộ truyền trụ gồm hai bánh trụ Các bánh chủ động cặp truyền lực kép chế tạo liền trục, bánh bị động chế tạo rời thành vành ghép với moay hay vỏ visai bu lông c Bộ truyền lực cạnh Bộ truyền lực cạnh cặp bánh trụ truyền hành tinh Bộ truyền lực cạnh bánh trụ gồm : bánh chủ động 2, bánh bị động lắp trục then hoa Các trục bố trí ổ chịu tải nặng Bộ truyền đơn giản, chi tiết, có tỉ số truyền nhỏ so với truyền hành tinh kích thước Võ Phúc Khang 10 Đồ án môn học thiết kế ô tô Võ Phúc Khang 11 GVHD: Phạm Văn Thức Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức 1.3 Vi sai 1.3.1 Công dụng: Bộ vi sai có nhiệm vụ làm cho bánh xe chủ động quay với vận tốc khác trường hợp ơtơ quay vịng ơtơ chuyển động đường gồ ghề không phẳng 1.3.2 Yêu cầu cụm vi sai Phân phối mô men xoắn bánh xe hay trục theo tỷ lệ đảm bảo sử dụng trọng lượng bám tối đa bánh xe Kích thước vi sai phải nhỏ gọn để dễ bố trí Có hiệu suất truyền động 1.3.3 Phân loại vi sai: Theo kết cấu gồm có: + Vi sai với bánh + Vi sai với bánh trụ + Vi sai tăng ma sát Theo đặc tính phân phối mơ men xoắn gồm có: + Vi sai đối xứng loại mơ men xoắn phân phối hai bán trục Võ Phúc Khang 12 Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức + Vi sai không đối xứng mô men xoắn phân phối không hai bán trục 1.3.4 Kết cấu số dạng vi sai * Vi sai côn Cấu tạo : 1: Bánh chủ động 2: Bánh bán trục 3: Vỏ vi sai 4: Bánh bị động 5: Vỏ vi sai 6: Bánh hành tinh Nguyên lý hoạt động Khi mô men truyền từ động đến bánh chủ động 1, qua bánh bị động 4, đến vỏ vi sai 3,5 vỏ vi sai lắp bánh bị động nên vỏ vi sai quay, vỏ vi sai lắp chốt chữ thập có gắn bánh hành tinh nên chốt quay Trong trường hợp hệ số bám hai bên bánh xe chốt chữ thập bánh hành tinh đóng vai trị khóa gài có bánh bán trục quay làm bán trục quay Trường hợp hệ số bám hai bánh xe khác bánh hành tinh quay tương trục chữ thập ăn khớp với bánh bán trục làm cho hai bán trục quay với vận tốc khác Nhược điểm: + Khả vượt lầy tính động khơng cao Võ Phúc Khang 13 Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản +Dễ chế tạo *Vi sai tăng ma sát cho vi sai đối xứng : A Vi sai tăng ma sát có lực ma sát cố định : Bánh vành chậu Vỏ vi sai Bánh bán trục Bánh hành tinh Lò xo ép Đĩa ma sát Vỏ vi sai Bánh côn chủ động Đế lị xo Bộ truyền động loại gồm có : truyền lực (bộ bánh vành chậu - côn xoắn 8); vi sai gồm bánh hành tinh 4, hai bánh côn bán trục lắp thêm hai ly hợp đĩa ma sát trục chữ thập có lỗ rộng bên có lị xo để ép hai bánh bán trục với hai ly hợp vào hai nửa khung vi sai Ly hợp ma sát gồm đĩa thép trượt có then hoa bánh bán trục đĩa ma sát có tai nằm khung vi sai (các đĩa ma sát gọi đệm chặn lực dọc trục) b Nguyên lý làm việc: Khi chuyển động thẳng đường phẳng, quãng đường lăn hai bánh xe nhau, lực cản hai bánh xe nhau, làm cho bánh bán trục quay tốc độ, bánh hành tinh khơng quay trục nó, mà quay quanh trục bán trục Khi chuyển động thẳng, dịng mơmen truyền chủ yếu qua cụm vi sai, phần nhỏ (có thể bị trượt nhẹ) truyền qua khớp ma sát Khi đường vòng, quãng đường lăn bánh xe khác nhau, lực cản bánh xe khác nhau, mơmen hai bên chênh lệch giá trị Mms Võ Phúc Khang 14 Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức Khi khớp ma sát trượt lớn, dịng mơmen truyền phần qua vi sai, phần qua khớp ma sát Ta có quan hệ động lực học: Mt = Mp + Mms Mt , Mp: mômen bán trục quay chậm, bán trục quay nhanh * Ưu điểm: Khi đường có chênh lệch hệ số bám lớn, khả động lực học tốt loại vi sai khác Trị số mômen hãm số vi sai khác mà tỉ lệ với mômen truyền lên bánh xe Vi sai tăng ma sát ứng dụng rộng rãi * Nhược điểm: Phải dùng loại dầu cầu đặc biệt, không dùng loại dầu thông thường dễ gây cố kĩ thuật, phải sử dụng hai bên lốp có kích cỡ, hoa văn, áp suất Mms lớn quay vòng làm tăng sức cản nên mát cơng suất B Vi sai tăng ma sát có lực ma sát không cố định: Bánh côn chủ động Trục Bánh vành chậu Bánh bán trục Vỏ vi sai Bánh hành tinh Đĩa ma sát Võ Phúc Khang 15 Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức a, Cấu tạo Bộ truyền động loại gồm có: truyền lực (bộ bánh vành chậu - côn xoắn 1) vi sai gồm bánh hành tinh 7, hai bánh côn bán trục lắp thêm hai ly hợp đĩa ma sát Trục chữ thập thay trục cắt theo góc vng hai trục có khả dịch chuyển với theo chiều trục lẫn chiều góc nghiêng tương đương A B đầu trục Ly hợp ma sát gồm đĩa thép trượt có then hoa bánh côn bán trục đĩa ma sát có tai nằm khung vi sai (các đĩa ma sát gọi đệm chặn lực dọc trục) b, Nguyên lý làm việc Khi chuyển động thẳng đường phẳng, quãng đường lăn hai bánh xe nhau, lực cản hai bánh xe nhau, làm cho bánh bán trục quay tốc độ, bánh hành tinh khơng quay trục nó, mà quay quanh trục bán trục Khi đường vòng, quãng đường lăn bánh xe khác nhau, lực cản bánh xe khác lúc bánh hành tinh ngồi quay vỏ vi sai cịn quay trục Khi bánh hành tinh quay mặt nghiêng trục bị dịch chuyển để lực ly hợp ma sát truyền đến vỏ vi sai tăng lên nửa trục quay chậm giảm nửa trục quay nhanh * Ưu điểm: + Khi đường có chênh lệch hệ số bám lớn, khả động lực học tốt loại vi sai khác + Trị số mômen hãm số vi sai khác mà tỉ lệ với mômen truyền lên bánh xe + Vi sai tăng ma sát ứng dụng rộng rãi * Nhược điểm: Phải dùng loại dầu cầu đặc biệt, không dùng loại dầu thông thường dễ gây cố kĩ thuật, phải sử dụng hai bên lốp có kích cỡ, hoa văn, áp suất 1.4 Các bán trục 1.4.1 Công dụng: Các bán trục dùng để truyền mô men xoắn từ vi sai đến bánh xe chủ động Trên loại bán trục khơng giảm tải hồn tồn bán trục dùng để tiếp nhận lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động 1.4.2 Yêu cầu bán trục: a) Yêu cầu chung bán trục: Võ Phúc Khang 16 Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức Phải chịu mô men xoắn lớn khoảng thời gian lâu dài Bán trục phải thẳng, không lệch xe có khả động Đối với bán trục cầu dẫn hướng chủ động phải đảm bảo tính đồng tâm cho đoạn trục bán trục Chính xác hình dáng hình học, kích thước b) Yêu cầu riêng bán trục sử dụng xe có khả động Các bán trục sử dụng cho xe loại phải chịu mô men xoắn lớn, bán trục phải chế tạo xác mặt hình học, phải có góc lượn hợp lý để tránh ứng suất tập trung 1.4.3 Phân loại bán trục: a Bán trục liền: Một cầu xe chủ động không dẫn hướng với hệ thống treo phụ thuộc có hai bán trục: bán trục nối đến bánh xe bên trái, nối với bánh xe bên phải Bán trục liền trục tròn đặc, chế tạo từ thép hợp kim chất lượng cao có khả chịu xoắn tốt Cấu tạo bán trục liền Võ Phúc Khang 17 Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức + Bán trục giảm tải hồn tồn (hình 1.12): bánh xe có moay lắp ổ bi, hai ổ lắp vỏ cầu Do hai ổ bi bố trí cách đoạn, nên mô men uốn lực tương tác giứa bánh xe mặt đường ( Z,Y, X) tiếp nhận vỏ cầu + Bán trục dạng gọi bán trục giảm tải hoàn toàn, khơng chịu uốn mà chịu mô men xoắn Loại sử dụng loại ô tô tải 1, Ổ bi Vỏ cầu Bán trục Bánh xe Sơ đồ bán trục giảm tải hoàn toàn + Bán trục giảm tải 3/4 (hình 1.13): Loại bán trục khác với bán trục giảm tải hoàn toàn chỗ moay có ổ bi Bởi bán trục phải chịu phần mô men uốn từ lực tác dụng lên bánh xe Dạng bán trục thường sử dụng 1,4 Ổ bi Võ Phúc Khang 18 Bán trục Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức Vỏ cầu Bánh xe Sơ đồ bán trục giảm tải 3/ + Bán trục giảm tải 1/2 (hình 1.14): Đầu ngồi bán trục đỡ ổ bi nằm vỏ cầ chủ động Trong trường hợp này, moay trực tiếp bắt lên bán trục Kết cấu dạng khơng có moay mà tang trống đươc bắt trực tiếp lên mặt bích bán trục Với cách bố trí vậy, bán trục phải chịu tồn mơ men uốn lực tương tác bánh xe với mặt đường Bán trục dạng sử dụng hầu hết loại ô tô kết cấu đơn giản 1,4 Ổ bi Bán trục Vỏ cầu Sơ đồ bán trục giảm tải ½ Võ Phúc Khang 19 Bánh xe Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức Kết cấu bố trí trục liền Kết cấu sử dụng hai khớp đăng đồng tốc 3,6 bố trí hai đầu thân trục truyền Đầu ghép then hoa với moay khóa chặt ecu Các ổ bi đặt moay giá đỡ hệ thống treo 7, bơi trơn mỡ có vỏ bao kín chống bụi va chống nước Bánh xe quay ổ lăn quay dẫn hướng nhờ hệ thống treo Độ dài bán trục dạng liền ghép( bên trái bên phải) cầu thường khác Bố trí bán trục ghép đăng đồng tốc Võ Phúc Khang 20 ... Cấu tạo : 1: Bánh chủ động 2: Bánh bán trục 3: Vỏ vi sai 4: Bánh bị động 5: Vỏ vi sai 6: Bánh hành tinh Nguyên lý hoạt động Khi mô men truyền từ động đến bánh chủ động 1, qua bánh bị động 4, đến... Hình dáng chung cầu tơ tải trình bày Hình 1.1 Võ Phúc Khang Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức 1.1.2 Phân loại - Cầu chủ động cụm hệ thống truyền lực (HTTL) Các bánh xe cầu chủ động. .. cố định: Bánh côn chủ động Trục Bánh vành chậu Bánh bán trục Vỏ vi sai Bánh hành tinh Đĩa ma sát Võ Phúc Khang 15 Đồ án môn học thiết kế ô tô GVHD: Phạm Văn Thức a, Cấu tạo Bộ truyền động loại