(Tiểu luận) bài báo cáo tiểu luận cuối kỳ tính toán kết cấu ô tô

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC BÀI BÁO CÁO TIỂU LUẬN CUỐI KỲ TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn THS TRẦN ANH SƠN Sinh viên thực hiện BÙI CHẤN HU[.]

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC BÀI BÁO CÁO TIỂU LUẬN CUỐI KỲ TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ Giảng viên hướng dẫn: THS TRẦN ANH SƠN Sinh viên thực hiện: BÙI CHẤN HUY TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 h 17024561 GVHD: THS TRẦN ANH SƠN BÁO CÁO: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ MỤC LỤC MỤC LỤC THÔNG SỐ KỸ THUẬT .2 Tính chọn tỷ số truyền hộp số .3 1.1 Tỷ số truyền số : 1.2 Tỷ số truyền số trung gian .4 Tính tốn kiểm tra bền số chi tiết hộp số 2.1 Bánh hợp số : 2.2 Số bánh .6 Xác định moment xung lượng sinh trục thứ cấp gài số Tính cơng trượt ly hợp Xác định kích thước (R1 , R2) đĩa ma sát ly hợp thỏa điều kiện bền theo áp suất cho phép Xác định đường kính trục đăng (D, d) 10 6.1 Xác định đường kính trục đăng theo số vòng quay nguy hiểm 10 6.2 Xác định đường kính trục đăng theo ứng suất xoắn 10 6.3 Tính tốn kiểm nghiệm trục đăng .11 h GVHD: THS TRẦN ANH SƠN BÁO CÁO: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ơ TƠ THƠNG SỐ KỸ THUẬT Thơng số kỹ thuật Ký hiệu Giá trị Đơn vị Loại xe Ford Transit 16 Chỗ Đặc điểm FR 4×2 Cầu Loại động Diesel 2.4 Lít Cơng suất cực đại Nemax 138 HP Số vịng quay ứng với cơng suất cực đại nN 3500 Vòng/phút Momen xoắn cực đại Memax 375 N.m Số vòng quay ứng với momen xoắn cực đại nM 2000 Vịng/phút Trọng lượng tồn xe G 37300 N Tốc độ cực đại Vmax 140 Km/h Chiều dài sở L 3750 mm Rộng x Cao BxH 2360x2000 mm Cỡ lốp 215/75R16 h GVHD: THS TRẦN ANH SƠN BÁO CÁO: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ Tính chọn tỷ số truyền hộp số 1.1 Tỷ số truyền số : ❖ Theo điều kiện kéo: ih1 ≥ G rb ψmax Memax i0 ηtl Trong đó: ● G trọng lượng toàn xe: G = 37300 ( N ) ● Hệ số cản lớn đường: ψmax ψmax = f cosα + sinα - Chọn độ dốc tiêu chuẩn lớn 20% (α = 11°), số cản lăn lớn f = 0,2 ψmax = f cosα + sinα = 0,2 cos11° + sin11° = 0,39 - Bán kính làm việc bánh xe chủ động: ( 215/75 R16 ) rb = - 16 25,4 + 215.0,75 = 364,45 (mm) = 0,364 (m) Momen xoắn cực đại động cơ: Memax = 375 (N m) ηt :Hiệu suất hệ thống truyền lực Do xe thiết kế xe tải khách 16 chỗ vi sai cấp nên chọn ηtl = 0.93 - Tỉ số truyền lực chính: i0 i0 = π rb nemax 30 ihn Vmax Trong đó: nemax = λ nN Với: nN = 3500 v/ph, λ = ( động diesel) => nemax = 3500v/ph ihn : tỉ số truyền tính từ chi tiết quay thứ n hệ thống truyền lực tới bánh xe chủ động Vì có số dọc OD nên ta chọn ihn = 0,85 Chọn v max = 140 ( => i0 = π.0,364.3500 30.0,85.39 G rb ψmax => ih1 ≥ M0 emax i0 ηtl km h m ) = 39 ( s ) để tính tốn = 4,024 = 37300.0,364.0,39 375.4,024.0,93 = 3,773 ❖ Theo điều kiện bám: ih1 ≤ Gb φ rb Memax i0 ip ηtl h GVHD: THS TRẦN ANH SƠN BÁO CÁO: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ - Hệ số bám: φ = 0,7 ÷ 0,8., chọn φ = 0,8 Vì xe du lịch tải nặng nên trọng lượng cầu chủ động thường 60% trọng lượng xe, chọn hệ số phân bố tải: mc = 1,2 =>Gb = Gcd mc = 37300.0,6.1,2 = 26856 (N) Xe khơng có hộp số phụ nên ip = ih1 ≤ Gb φ rb 26856.0,8.0,364 = = 5,573 Memax i0 ip ηtl 375.4,024.1.0,93 Kết hợp hai điều kiện kéo bám ta có: 3,773 ≤ ih1 ≤ 5,573 Do xe tải khách 16 chỗ nên chọn ih1 = 4,67 1.2 Tỷ số truyền số trung gian - Vì hộp số dọc cấp có OD với số số truyền thẳng thì: ih4 = 1, - Xe du lịch tải lớn xác định tỉ số truyền trung gian cấp số nhân Công bội: q = n−1 i √ih1 = 5−1 4,67 √0,85 = 1,531 hn i h1 Tỉ số truyền trung gian: ihm = qm−1 Ta tính tỷ số truyền tay số lại sau: i 4,67 - Số 2: - h1 Số : ih3 = q3−1 = 1,5313−1 = 1,992 - Số 4: - Số OD: ihn = 0,85 h1 ih2 = q2−1 = 1,5312−1 = 3,05 i 4,67 ih4 = => Xác định số lùi: iR = (0,83 − 1,3)ih1 = 0,9.4,67 = 4,203 Tính tốn kiểm tra bền số chi tiết hộp số 2.1 Bánh hợp số : ❖ Chọn khoảng cách trục Khoảng cách trục chọn theo công thức kinh nghiệm sau: A = C 3√Memax (mm) Với: Memax momen xoắn cực đại động (Nm) C hệ số kinh nghiệm: - Đối với xe dùng động diezel: C = 20 ÷ 21, ta chọn C = 20 Ta được: A = 20 √375 = 144,22 (mm) h GVHD: THS TRẦN ANH SƠN BÁO CÁO: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ - Theo dãy tiêu chuẩn chọn A = 140 (mm) ❖ Chọn môđuyn pháp tuyến bánh mn = (0,032 ÷ 0,04).A = (0,032 ÷ 0,04).140 = 4,48 ÷ 5,6 (mm) - Theo tiêu chuẩn ta chọn m = 5mm ❖ Xác định số bánh - Với bánh nghiêng theo 26o ≥ β ≥ 18o chọn β = 20o Ta có ih1 = 3,85 theo cơng thức ta chọn Za = (16 ÷12) lấy Za = 15 ig1 = 2.A.Cosβ m.Z1 − 1= 2.140.Cos20 5.15 − = 2,508 Z1′ = Z1 ig1 = 15.2,508 = 37,62 ( ) chọn = 38 - Tỉ số truyền cặp bánh ăn khớp: ia = ih1 ig1 4,67 = 2,508 = 1,862 - Tỷ số truyền cặp bánh gài số: ig1 = ih1 ia => ig1 = 2,508 ig2 = 1,638 ig3 = 1,07 ig4 = 0,537 ig5 = 0,456 h GVHD: THS TRẦN ANH SƠN BÁO CÁO: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ 2.2 Số bánh 2.A.cosβ Z1 = m n (1+ig1 ) = 2.140.cos20° Hình 5.(1+2,508) Sơ15 đồ(răng) hộp số cấp tay số OD = Vậy cặp bánh số là: Z1 = 15 Z′1 = 38 2.A.cosβ Z2 = m n (1+ig2 ) = 2.140.cos20° 5.(1+1,638) = 19,948 chọn 20 Z′2 = Z2 ig2 = 19,948.1,638 = 32,76 chọn 33 Vậy cặp bánh số là: Z2 = 20 Z′2 = 33 2.A.cosβ Z3 = m n (1+ig3 ) = 2.140.cos20° 5.(1+1,07) = 25,422 chọn 25 Z′3 = Z3 ig3 = 25,422.1,07 = 27,202 chọn 27 Vậy cặp bánh số là: Z3 = 25 Z′3 = 27 Z4 = 2.A.cosβ mn (1+ig4 ) = 2.140.cos20° 5.(1+0,537) = 34,237 chọn 34 Z′4 = Z4 ig4 = 34,237.0,537 = 18,385 chọn 18 Vậy cặp bánh số là: Z4 = 34 Z′4 = 18 2.A.cosβ Z5 = m n (1+ig5 ) = 2.140.cos20° 5.(1+0,456) = 36,142 chọn 37 Z′5 = Z5 ig5 = 36,142.0,456 = 16,48 chọn 16 Vậy cặp bánh số là: Z5 = 37 Z′5 = 16 h GVHD: THS TRẦN ANH SƠN BÁO CÁO: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ Xác định moment xung lượng sinh trục thứ cấp gài số Khi xe di chuyển tay số với tốc độ 30 km/h, không đạp ly hợp gài số 4, đồng tốc 3-4 bị hỏng Tính Ja quán tinh quy dẫn trục thứ cấp: Ja = G.r2b g.i20 = 37300.0,3642 = 31,112 (Nms ) 9,81.4,0242 Chọn Jm = 1,5 (Nms ) Jl = 0,022 (Nms ) Vận tốc góc trục sơ cấp quy dẫn: ωb = V.i0 ih2 rb ( = 30 ).4,024.3,05 3,6 0,364 = 280,98 (rad/s) Vận tốc góc trục thứ cấp quy dẫn: ωa = V.i0 rb ( = 30 ).4,024 3,6 = 92,12 (rad/s) 0,364 Phương trình moment xung lượng: P4 r4 t = Ja (Jm +Jl ).ih4 (ωb −ωa ih4 ) (Jm +Jl ).i2h4 +Ja = 31,112.(1,5+0,022).1.(280,98−92,12.1) (1,5+0,022).12 +31,112 = 274,039 (Nms) Tính cơng trượt ly hợp Trong trường hợp đóng ly hợp êm dịu (biết xe di chuyển tay số với tốc độ 60 km/h đường nhựa tốt, đạp ly hợp gài số 2) Công thức công trượt: t L= Mb (ωm − ωb ) ( 21 + t ) + Jb (ωm − ωb )2 Chọn f=0,015 đường nhựa tốt K=0,25 F=0,8.H.B = 0,8.2.2,36 = 3,776 (𝑚2 ) Moment cản quy dẫn: Mb = (G ψ + KFV02 ) i rb ih2 ηtl 60 0,364 = (37300.(0.015.cos0+sin0)+0,25.3,776.(3,6)2 ) 4,024.3,05.0,93 = 26,205 (Nm) Vận tốc góc trục khuỷu: ωm = V rb 60 ) 3,6 ( i0 ih4 = 0,364 4,024.1 = 184,249 (rad/s) h GVHD: THS TRẦN ANH SƠN BÁO CÁO: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ơ TƠ Vận tốc góc trục ly hợp ωb = V rb ( 60 ) 3,6 i0 ih2 = 0,364 4,024.3,05 = 561,96 (rad/s) Moment quán tính xe quy dẫn trục ly hợp: r2 37300 h1 9,81 G Jb = g i2 ib2 = 0,3642 4,0242 4,672 = 1,427 (Nms ) Hệ số tỉ lệ k: Ta có phương trình:  26,205 k Mb k 2Jb (ωm −ωb ) +√ k 2.1,427.(|184,249−561,96|) +√ k = t0 = 2,5 => k= 192,87 Mà: t1 = Mb k 26,205 = 192,87 = 0,136 (s) => t = t − t1 = 2,5 – 0,136 = 2,364 (s) Vậy công trượt trường hợp là: t L= Mb (ωm − ωb ) ( 21 + t ) + Jb (ωm − ωb )2 = 26,205.(|184,249 – 561,96|).( 0,136 2 + 2,364) + 2.1,427.(|184,249 – 561,96|)2 = 105224,18 (J) = 105,2 (KJ) Xác định kích thước (R1 , R2) đĩa ma sát ly hợp thỏa điều kiện bền theo áp suất cho phép Xét trường hợp : + Khi xe đứng yên vận tốc v = m/s + Mặt đường tốt Hệ số ma sát f = 0,02 + Momen động lớn tính tay số - Momen ma sát ly hợp phải momen xoắn lớn cần truyền qua ly hợp : Ml = Me max β Trong : β hệ số dự trữ ly hợp,đối với xe tải khơng romoc β = 1,6 ÷ 2,25 Chọn β = 1,8 Me max momen tối đa động Me max = 375 Nm ⇒ Ml = 375.1,8 = 675 Nm - Lực ép cần thiết tác dụng lên đĩa để truyền momen Me max : h GVHD: THS TRẦN ANH SƠN BÁO CÁO: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ P= Ml μ.Rtb p = 675 0,3.Rtb (1) Trong : R tb bán kính ma sát trung bình μ hệ số ma sát ly hợp đối vứi ly hợp làm thép với pherado μ = 0,25 ÷ 0,35 Chọn μ = 0,3 p số lượng đôi bề mặt ma sát p = - Kiểm tra áp suất lên bề mặt ma sát theo công thức : q= P π (R22 − R21 ) Đối với ma sát làm vật liệu thép với pherado [ q ] = 100 ÷ 250 KN/m2 Chọn [q] = 250 KN/m2 ⇒ 250 103 = P π.(R22 −R21 ) (2) Đối với động có vịng tua thấp: R1 = 0,53 R Đối với động có vòng tua cao: R1 = 0,75 R Ta chọn: R1 = 0,53 R Từ ( ) ( ) ta có phương trình sau : 675 = 250 103 π (R22 − R21 ) 0,3.2 R tb bán R3 −Rkính Hình Sơ đồ xác định trung bình Mà R tb = R22−R21 Thay R tb vào phương trình ta : 675 3.( R22 −R21 ) 0,3.2.2.(R32 −R31 ) = 250 103 π (R22 − R21 ) ⇒ R = 0,136 m = 13,6 cm R1 = 0,53 R = 0,53.0,136 = 0,072 m = 7,2 cm h GVHD: THS TRẦN ANH SƠN BÁO CÁO: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ Xác định đường kính trục đăng (D, d) Theo: Số vòng quay nguy hiểm (chọn nt = 1,5ncđ ); Ứng suất xoắn (chọn hệ số dư bền 2, biết ứng suất xoắn tới hạn vật liệu 200MN/m2 ); Kiểm nghiệm bền trục đăng theo ứng suất xoắn góc xoắn 6.1 Xác định đường kính trục đăng theo số vịng quay nguy hiểm Khi chọn kích thước trục đăng cần tính đến hệ số dự trữ theo số vòng quay nguy hiểm Hệ số dự trữ thấp trục nhỏ nt nmax = 1,2 ÷ ( v/ph) Trong :nmax số vòng quay cực đại trục đăng ứng với vận tốc lớn xe nmax = ne max ihOD ip = λ.nN ihOD ip = 1.3500 0,85.1 - Đối với động deisel chọn = 4117,6 vòng /phút λ=1 - nN số vòng quay ứng với cơng suất cực đại nN = 3500 vịng/ phút - Số vòng quay nguy hiểm trục cacdang nt = (1,2 ÷ 2) nmax = 1,5.4117,6 = 6176,4 vịng/phút + Tính đường kính trục đăng : chọn chiều dài trục đăng l = 1,3 m Ta chọn trục đăng đặt tự loại trục rỗng Suy ta có : nt = 15,3.104 √D2 + d2 l2 Chọn thông số bề dày thành trục δ = 1,85 ÷ 2,5 mm ta chọn δ = mm Mà d = D − 2δ = D − 10−3 Suy biểu thức (3) trở thành: 6176,4 = 15,3 104 √D2 + (D − 10−3 )2 1,32 => D = 0,05 m = cm Đường kính d = 0,05– 2.2 10−3 = 0,046 m = 4,6 cm 6.2 Xác định đường kính trục đăng theo ứng suất xoắn 10 h GVHD: THS TRẦN ANH SƠN BÁO CÁO: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ơ TƠ Hình 6.1 truyền động đăng từ trục chủ động sang trục bị động với góc lệch α > Nếu coi cơng suất mát khớp đăng K không đáng kể cơng suất trục chủ động N1 sẻ công suất trục bị động N2 Nếu K khớp đăng khác tốc trục bị động sẻ chịu moment xoắn lớn trường hợp K khớp đăng đồng tốc ta sẻ tính tốn trục bị động ứng với trường hợp K khớp đăng khác tốc Khi làm việc trục đăng chịu xoắn , uốn, kéo ( nén ) ứng suất xoắn lớn so với ứng suất lại , cần tập trung vào tính theo giá trị M_2max Chọn góc xoắn góc lệch α = 6o Ứng suất xoắn tới hạn: τ = Memax ih1 ip1 Wx 𝑐𝑜𝑠𝛼 MN = 200 ( m2 ) Moment chống xoắn nhỏ trục đăng, với hệ số dư bền 2, lấy ½ ứng suất xoắn tới hạn để tính: Wx = Memax ih1 ip1 τ.𝑐𝑜𝑠𝛼 = 375.4,67 200.106 cos (6) =1,76.10−5 Trục rỗng, bề dày 𝛿 = (mm) = 10−3 (m) => Wx =  π 16.D π 16.D (D4 − d4 ) mà d = D-2.δ (D4 − (D − δ)4 ) = 1,76.10−5 => D = 0,0759 (m) = 7,59 (cm) => d = 0,0719 (m) = 7,19 (cm) 6.3 Tính toán kiểm nghiệm trục đăng - Gía trị góc xoắn θ trục đăng : θ= 180 Memax ih1 ip l π G JX cos α Trong ● JX momen quán tính tiết diện xoắn - Đối với trục đăng rỗng π π JX = 32 ( D4 − d4 ) = 32 ( 0,07594 − 0,07194 ) = 6,344 10-7 ● G modun đàn hồi xoắn G= 8.1010 N/m2 - Suy góc xoắn θ θ= 180 375.4,67.1.1,3 = 2,580 10 π 10 6,344 10−7 cos ( ) 11 h GVHD: THS TRẦN ANH SƠN BÁO CÁO: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ Ta thấy θ = 2,580 mà [θ] = 30 ÷ 90 nên coi thỏa mãn điều kiện cho phép 12 h