Đề tài tính toán thiết kế hộp số cơ khí trên xe con có ứng dụng thiết kế 3d trên catia và đánh giá độ bền các chi tiết bằng cosmos

MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Công dụng, yêu cầu, phân loại 1.1 Công dụng 1.2 Yêu cầu .5 1.3 Phân loại Đặc điểm cấu tạo hộp số khí 2.1 Hộp số trục .8 2.2 Hộp số trục 10 Các phận hộp số 12 CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 19 Các phương án lựa chọn 19 1.1 Hộp số trục số tiến .19 1.2 Hộp số trục số tiến .21 1.3 Hộp số trục số tiến .22 Chọn phương án thiết kế .24 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ TÍNH TỐN HỘP SỐ 25 Tính tốn tỉ số truyền 27 1.1 Xác định tỉ số truyền truyền lực .27 1.2 Xác định tỉ số truyền tay số 27 1.3 Xác định tỉ số truyền tay số trung gian 28 Tính tốn thơng số bánh 29 2.1 Xác định khoảng cách trục 29 2.2 Chọn thông số modun bánh 29 2.3 Xác định số 30 2.4 Xác định lại tỷ số truyền khoảng cách trục .32 2.5 Tính bề rộng 35 2.6 Dịch chỉnh bánh .35 Chế độ tải trọng tính tốn hộp số 37 4.Tính bền bánh .40 Tính tốn trục hộp số 40 5.1 Tính sơ kích thước trục hộp số 41 5.2 Tính bền trục hộp số .41 5.2.1 Trục thứ cấp 43 5.2.2 Trục trung gian 46 5.2.3 Trục sơ cấp 50 Tính tốn ổ lăn 52 6.1.Trục thứ cấp 57 6.2 Trục trung gian .57 6.3 Trục sơ cấp .58 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG CATIA THIẾT KẾ 3D 58 1.Tổng quan CATIA 58 Các công cụ sử dụng thiết kế 3D 58 2.Phương pháp thiết kế bánh 61 3.Thiết kế trục 70 4.Ráp bánh vào trục 71 CHƯƠNG V:ĐÁNG GIÁ BỀN CHI TIẾT BẰNGCOSMOS 72 1.Giới thiệu phần mềm COSMOS 72 Quy trình tính bền COSMOS 72 3.Tính bền cho trục trung gian 72 3.1 Đưa chi tiết thiết kế vào COSMOS 72 3.2 Chọn vật liệu cho chi tiết .73 3.3 Chia lưới cho chi tiết .74 3.4 Tạo ràng buộc cho chi tiết 75 3.5 Đặt lực lên chi tiết 76 3.6 Chạy chương trình tính tốn 77 2.7 Xem kết tính toán 77 Kết tính bền trục trung gian 78 Chương VI: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG TRỤC THỨ CẤP 82 Cắt phôi, tiện mặt đầu khoan chống tâm 82 Tiện thô bậc trục 82 Tiện tinh 83 Gia công then hoa 83 Gia công ren đầu trục .83 Nhiệt luyện 85 Mà mặt trụ 85 Gia công tinh lần cuối mặt trụ 86 Mài siêu tinh lần cuối mặt trụ 87 10 Kiêm tra trục 87 KẾT LUẬN 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 LỜI NĨI ĐẦU Ngày tô trở thành phương tiện giao thông quan trọng đời sống hàng ngày.ngành công nghiệp ô tô phát triển lâu giới.Tuy nhiên Việt Nam cơng nghiệp ơtơ chủ yếu cịn mang tính chất sản xuất nhỏ lẻ, lắp ráp nhập xe qua sử dụng, để phát triển bền vững q trình hội nhập, ngành cơng nghiệp ơtơ cần có mục tiêu, định hướng, qui hoạch chiến lược cụ thể Đối với ngành ơtơ nói riêng ngành khí nói chung, khối lượng cơng việc thiết kế tính tốn cho chi tiết lớn Việc áp dụng tiến khoa học kỹ thuật giúp trình thiết kế rút ngắn thời gian, kết tối ưu, tăng suất lao động, tăng hiệu kinh tế,… Sau năm đào tạo chuyên ngành ô tô trường đại học Bách Khoa Hà Nội thân em có kiến thức định tơ cịn nhiều hạn chế Em giao đề tài “Tính tốn thiết kế hộp số khí xe có ứng dụng thiết kế 3D CATIA đánh giá độ bền chi tiết COSMOS” Với kiến thức tich lũy năm học trường ứng dụng số phần mềm em cố gắng để hồn thành công việc giao Em xin cảm ơn thầy giáo Nguyễn Trọng Hoan thầy Hồng Thăng Bình với thầy giáo mơn Ơ tơ xe chuyên dụng-ĐHBKHN dạy tận tình trình thực đồ án Tuy nhiên thời gian trình độ có hạn, chắn đề tài cịn nhiều thiếu sót, mong nhận ý kiến phê bình thầy giáo bạn bè Sinh viên thực Nguyễn Tiến Nam CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.Công dụng yêu cầu, phân loại hộp số ô tô 1.1 Công dụng - Thay đổi tỷ số truyền hệ thống truyền lực để tạo lực kéo bánh xe chủ động phù hợp với điều kiện chuyển động - Tạo chuyển động lùi cho ô tô - Có thể ngắt dịng truyền lực thời gian dài Trên số ô tô, chức thay đổi mơmen truyền đảm nhận nhờ số cụm khác (hộp phân phối, cụm cầu xe) nhằm tăng khả biến đổi mô men đáp ứng mở rộng điều kiện làm việc ô tô 1.2 Yêu cầu Cấu tạo ô tô cần đáp ứng số yêu cầu sau: - Có số tay số dải tỷ số truyền thích hợp để đảm bảo tính động lực học tính kinh tế nhiên liệu xe - Phải có hiệu suất truyền lực cao - Việc chuyển số phải thực dễ dàng, tiện lợi (lực tác động hành trình cần gạt khơng q lớn), nhanh chóng khơng gây tiếng ồn - Có cấu định vị chống nhảy số cấu chống gài đồng thời hai số - Có vị trí trung gian để ngắt động khỏi hệ thống truyền lực thời gian dài - Có cấu báo hiệu gài số lùi - Kết cấu nhỏ, gọn, dễ điều khiển, bảo dưỡng sửa chữa.- Có khả bố trí cụm trích cơng suất để dẫn động thiết bị phụ khác 1.3 Phân loại Tùy theo yếu tố để phân loại, hộp số phân loại sau: 1.3.1.Theo trạng thái trục hộp số q trình làm việc -Hộp số có tất trục cố định -Hộp số có trục di động (hộp số hành tinh): Hộp số hành tinh biến mơ men cụm có chung vỏ làm thành cụm hộp số tự động lắp liền sau động Cụm hộp số tự động có hệ thống điều khiển điện từ thủy lực làm việc theo chương trình lập sẵn, thực tự động đóng ngắt thay đổi tỷ số truyền bên hộp số chính.Cấu tạo hộp số hành tinh dùng ô tô phương tiện giao thông phức tạp Hộp số hành tinh tổ hợp từ cấu hành tinh từ cấu hành tinh tổ hợp 1.3.2 Theo số trục hộp số (không kể trục số lùi) Trên ô tô thường sử dụng hộp số ba trục hai trục -Hộp số ba trục có trục chủ động (trục sơ cấp) trục bị động (trục thứ cấp) thiết kế đồng trục Phần lớn số truyền thông qua hai cặp bánh ăn khớp, nối trực tiếp trục chủ động trục bị động tạo số truyền thẳng Cấu trúc thường gặp ô tô có cầu sau chủ động -Hộp số hai trục : tất số truyền truyền qua cặp bánh ăn khớp Trong số trường hợp số truyền cao truyền qua nhiều cặp bánh Cấu trúc thường gặp ô tô có động đặt trước, cầu trước chủ động 1.3.3 Theo số tỷ số truyền chung hộp số Theo số lượng số tiến 3,4,5… 1.3.4 Theo đặc điểm thay đổi tỷ số truyền: hộp số vô cấp hộp số có cấp - Hộp số vơ cấp dùng để tạo thành HTTL vơ cấp, hộp số có tỷ số truyền biến đổi liên tục, khoảng tỷ số truyền (R) định sẵn, từ thấp đến cao ngược lại Trên ô tô truyền vô cấp thường gặp: biến mô men thủy lực, truyền đai đặt biệt, Nếu mô men động làm việc giá trị định, biến đổi mô men sau hộp số vô cấp đường liên tục, truyền gọi truyền liên tục khoảng tỷ số truyền R cho trước Ví dụ: biến mơ men thủy lực, khoảng R đạt tới 2,7, truyền đai đặc biệt R = 4,5 - Hộp số có cấp, tạo thành HTTL có cấp, dùng phổ biến ô tô Tỷ số truyền hộp số thay đổi với giá trị cố định khác nhau, gọi truyền gián đoạn Mức độ gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tỷ số truyền bên hộp số Ở truyền vơ cấp có dạng bao điểm ngồi hộp số có cấp, cho phép thay đổi mô men tốc độ đặn hơn, tận dụng tốt cơng suất động cơ.Trong HTTL tập hợp truyển vô cấp với hộp số có cấp 1.3.5 Theo phương pháp điều khiển chuyển số hộp số Điều khiển tay, điều khiển tự động, điều khiển bán tự động Trong thời gian gần xuất hộp số cho phép làm việc theo phương pháp điều khiển tay điều khiển tự động tùy chọn nút chọn bảng điều khiển (hộp số có hai li hợp số tơ con) Với tính chất đa dạng hộp số, tài liệu trình bày với hai dạng hộp số thường gặp ô tơ: hộp số đơn giản có cấp hộp số tự động chuyển số Đặc điểm cấu tạo hộp số khí có cấp Hộp số khí tơ tải thường có loại hộp số: hộp số trục, hộp số trục 2.1 Hộp số ba trục Hộp số trục có phận sau đây: Bánh răng, trục sơ cấp, trục thứ cấp, trục số lùi Cơ cấu điều khiển gồm có: cấu định vị trục trượt, khóa hãm, đồng tốc, tay số Hộp số có ưu điểm sau: Khi kích thước bên hộp số cho tỉ số truyền lớn Đặc điểm quan trọng động cao tốc dùng nhiều ô tô Như nghĩa cần đảm bảo tỉ số truyền loại hộp số có kích thước bé, trọng lượng bé hơn, giảm trọng lượng tồn ơtơ Hình 1.1: Hộp số trục Trục sơ cấp trục thứ cấp đặt đồng tâm tạo tỉ số truyền thẳng nghĩa gài cứng trục sơ cấp trục thứ cấp lại với Trong trường hợp hiệu suất cao, coi 1, truyền động không qua cặp bánh Đối với ô tô quan trọng thời gian làm việc số truyền thẳng chiếm tỉ lệ 50%-80% Trên đoạn đường phẳng gài số truyền thẳng, thời gian sử dụng tay số trung gian đi, bánh ổ bi tay số có kích thước Nhược điểm: - Hộp số có số truyền thẳng có khuyết điểm ổ bi đằng trước (theo chiều chuyển động ôtô) trục thứ cấp đặt vào lỗ đằng sau trục sơ cấp Do điều kiện kết cấu hộp số (kích thước trục sơ cấp, ổ bi làm to được, làm việc có lực tác dụng ổ bi tình trạng căng thẳng Trong hộp số bánh có nhiệm vụ truyền động trục Để truyền động bánh trục phải ăn khớp với - Hình 1.2 Đường truyền công suất Bánh hộp số lắp cố định trục then bán nguyệt, then (hoặc liền khối với trục), bánh lắp lồng khơng trục nhờ bạc lót - Bánh răng: hộp số trục thường sử dụng bánh di trượt để gài số, lên trình gài số q trình va đập thường dẫn đến mịn, vỡ - Khi dùng phương pháp di trượt để gài số buộc phải dùng bánh thẳng để lắp then hoa, cho lên dẫn đến chất lượng ăn khớp bánh không bánh nghiêng Nếu muốn dùng bánh nghiêng then hoa phải chế tạo công nghệ xoắn phức tạp 2.2 Hộp số trục Hay cịn gọi loại trục cố định khơng đồng tâm, loại hộp số khơng có số truyền thẳng Ở tất số truyền có cặp bánh ăn khớp Hộp số có ưu điểm là: - Có hiệu suất cao, tất số truyền làm việc ăn khớp qua cặp bánh - Có thể tăng nhiều độ cứng vững độ bền chi tiết, hộp số khơng có cụm bị bị hạn chế điều kiện kích thước - Kết cấu đơn giản tiện lợi sử dụng Khuyết điểm hộ số có kích thước lớn, tỷ số truyền hộp số cặp bánh ăn khớp nên trọng lượng lớn Về mặt cấu tạo nguyên lý làm việc cấu điều khiển tương tự hộp số trục Nó khác hộp số trục bố trí trục số lượng trục mà Hộp số thường dùng cho xe du lịch với cầu trước chủ động Hình 1.3 Kết cấu hộp số trục đặt ngang 1- Trục thứ cấp 10 Chọn mục Remote Load Chọn bề mặt trục vị trí có bánh để đặt lực Sau chọn bề mặt đặt lực ta tiến hành nhập thơng số vị trí lực 77 giá trị lực theo phương khác hình bên Sau tạo ràng buộc đặt lực lên chi tiết ta giao diện 3.6 Chạy chương trình tính tốn Click chuột phải vào Study chọn Run đợi máy thực tính tốn 3.7 Xem kết tính tốn - Stress: ứng suất tổng hợp - Displacement: chuyển vị chi tiết 3.Kết tính bền 78 Hình 3.1 Ứng suất tay số Hình 3.2 Chuyển vị tay số 79 Hình 3.3 Đặt lực tay số Hình 3.4 Chuyển vị tay số 80 Hình 3.5 Đặt lực tay số Hình 3.6 Chuyển vị tay số 81 Hình 3.7 Đặt lực tay số lùi Hình 3.8 Chuyển vị tay số lùi Sau kiểm nghiệm COSMOS ta thấy trục trung gian vị trí đủ bền kết tương đương với cách tính bền theo phương pháp truyền thống 82 CHƯƠNG VI QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG TRỤC THỨCẤP 1.Cắt phơi, tiện mặt đầu khoan chống tâm Đầu tiên ta tiến hành cắt phôi Tiện mặt đầu khoan lỗ tâm phía máy tiện Hình 5.1 Tiện mặt đầu khoan chống tâm Tiện thô bậc trục Tiện phương pháp thông dụng để gia công mặt trụ ngồi Chuyển động gia cơng chuyển động quay tròn chi tiêt thực hiện, chuyển động tiến dao gồm tiến dao dọc tiến dao ngang tạo nên kích thước chiều dài đường kính trục Khi tiện trục gá đặt mâm cặp chấu tự định tâm đầu chống tâm Gá đặt vào lỗ tâm đảm bảo độ đông tâm cao bậc trục Khi tiện thô tao hinh cần suất cao, cắt gọt với dư lượng lớn, phải chọn máy có cơng suất lớn, dao có hình dáng góc cắt thích hợp 83 Tiện thơ dùng nhiều dao để nâng cao suất, dao bố trí bàn dao cách chia theo chiều dài cắt chia theo lượng dư gia công Trong sản xuất hang loạt lớn, gia công trục lớn vừa thực máy tiện bán tự động nhiều trục nhiều dao, trục gá chi tiết tiến hành gia công nhiều dao theo chu trình định sẵn Tiện tinh Hình 5.2.Tiện thơ nhiều dao Để đạt độ nhẵn bong bề mặt độ xác cao Tiến hành tiện tinh với vận tốc cắt lớn (v > 110 m/phút), lượng tiến dao nhỏ ( 0,04 -0,1 mm/vòng), chiều sâu cắt nhỏ (t = 0,05-0,12mm) Hình 5.2.Tiện tinh 4.Gia cơng then hoa 84 Phương pháp phay định hình dùng dao phay đĩa định hình có hình dạng rãnh then hoa để gia cơng Ngồi ngun cơng cắt dao phay thực quay cịn có chuyển động tiến dao dọc lên xuống để gia công đạt chiều dài chiều sâu Sau phay xong rãnh, chi tiết chia độ để gia cơng rãnh Ngồi dùng dao phay đĩa để phay cạnh bên then hoa, sau phay xong cạnh then hoa dùng dao phay định hình để sữa đáy Hình 5.3 Phay then hoa dao phay đĩa 5.Gia công ren đầu trục Ta sử dụng phương pháp phay ren Những yêu cầu gia công ren: độ xác bước ren, chiều dày ren đường kính trung bình, độ xác hình dạng biên dạng ren, độ nhẵn bóng sườn ren Riêng ren dùng dẫn động ngư vít me trục cịn cần độ đồng tâm bề mặt ren so với cổ trục, độ xác cổ trục lắp gối đỡ 85 Hình 5.4 Phay ren Hình 5.5 Mài ren đá đơn Nhiệt luyện Gồm công đoạn: tơi, ram, thấm cacbon 7.Mài mặt trụ ngồi Là nguyên công gia công tinh đá mài, để gia cơng bề mặt trụ ngồi có u cầu độ xác cao Khi mài cần ý đến việc chọn đá mài, chế độ gia công vấn đề gá đặt chi tiết mài Hình 5.6 Mài mặt trụ đá mài 86 Gia công tinh lần cuối mặt trụ Ta nghiền mặt trụ phương pháp gia cơng tinh lần cuối đạt độ xác nhẵn bóng bề mặt cao Bạc nghiền xẻ rãnh để bóp lại tạo áp lực nghiền, bên bạc nghiền có rãnh xoắn để chứa bột nghiền Các chuyển động gia công gồm chuyển động quay chi tiết, bạc nghiền giữ không quay mà thực chuyển động tịnh tiến theo chiều dọc trục để xoa bề mặt chi tiết hớt lớp phoi mỏng nâng cao độ nhẵn bóng độ xác gia cơng Nghiền theo sơ đồ hình 5.7, chi tiết gá nghiêng không hướng tâm đĩa cách tâm đĩa cách gá đặt khoảng e so với tâm đĩa nghiền Khi đĩa nghiền quay, chi tiết gia công quay quanh tâm chuyển động lại dọc theo rãnh đĩa cách tạo quỹ đạo chuyển động phức tạp hạt mài bột nghiền, nhờ đạt độ nhẵn bóng bề mặt cao Tùy theo kích thước hạt mài, áp lực chế độ cắt nghiền mà chia nghiền thô, nghiền bán tinh nghiền tinh Vận tốc nghiền nhỏ từ 0,002-0,05 mm Hình 5.7.Gia cơng tinh lần cuối mặt trụ Mài siêu tinh mặt trụ ngồi Là phương pháp gia cơng tinh lần cuối đạt chất lượng gia công cao Khi mài siêu tinh ta sử dụng hay nhiều đá mịn ghép đầu mài.Ngoài chuyển 87 động tịnh tiến lại có giá trị 0,1 mm/vịng chuyển động quay chi tiết (6- 30 m/ph), cịn có thêm chuyển động lắc ngắn dọc trục với tần số cao (500-2000 hành trình/phút), với biên độ nhỏ (1,5-6 mm) nhờ cấu lệch tâm bề mặt gia công tưới dung dịch trơn nguội Nhờ có chuyển động phức tạp nên vết cắt xóa lên làm cho độ nhẵn bóng bề mặt cao, đạt Ra = 0,1-0,025 Hình 5.8.Mài siêu tinh mặt trụ 10 Kiểm tra trục Đối với bề mặt trụ ngồi thường phải kiểm tra kích thước, độ nhám bề mặt, hình dáng bề mặt, độ khơng đồng tâm bậc trục, kích thước ren, then hoa…Trong sản xuất đơn loạt nhỏ dùng thước cặp tùy theo dung sai kích thước Đối với bậc trục phải kiểm tra độ đồng tâm bậc trục, độ đảo mặt đầu vai trục, độ đồng tâm lỗ đường kính ngồi Ta gá đặt chi tiết khối chữ V vào cổ trục, đồng hồ so tỳ vào cổ trục cần đo Chuẩn để kiểm tra cổ trục, quay chi tiết vòng, trị số chênh lệch đồng hồ so thể độ không đồng tâm bề mặt so với cổ trục 88 Hình 5.9.Kiểm tra độ khơng đồng tâm trục 89 KẾT LUẬN Sau tháng làm việc với giúp đỡ tận tình thầy Nguyễn Trọng Hoan thầy Hồng Thăng Bình em hồn thành đồ án giao Tuy cịn nhiều thiếu xót thể nội dung đồ án truyền thống ứng dụng số phần mềm ứng dụng Hiện việc sử dụng phần mềm ứng dụng điều cần thiết Những vấn đề đạt đồ án: Thiết kế số chi tiết 3D giúp có nhìn trực quan sing động Kiểm nghiệm bền theo phương pháp đại hơn, phục vụ tốt cho công việc sau Đối với chi tiết phức tạp ứng dụng quan trọng Ngồi ta sử dung để đưa phương pháp tối ưu cho chi tiết Các phần mềm ứng dụng khí đa dạng tiện lợi, với thời gian có hạn em đua vào số nội dung hai phần mềm phổ biến CATIA COSMOS Chắc chắn cịn nhiều thiếu xót em mong nhận đánh giá nhận xét thầy giáo bạn sinh viên Một lần em xin cảm ơn thầy giáo mơn Ơ TƠ trường ĐHBKHN suốt thời gian năm học trường thời gian làm khóa luận 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO Kết cấu tơ – Bộ Mơn Ơ Tơ-Viện Cơ Khí Động Lực- Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tập giảng tính tốn thiết kế tơ- Nguyễn Trọng Hoan - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội-Viện Cơ Khí Động Lực Hướng dẫn tập lớn - Lê Thị Vàng -Trường Đại Học Bách Khoa Hà NộiViện Cơ Khí Động Lực -Bộ Mơn Ơ tơ Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí- Trịnh Chất –Lê Văn Uyển Đồ án môn học thiết kế hốp số ô tô – máy kéo- Nguyễn Văn Tài Giáo trình Cơng Nghệ Chế Tạo Máy- Lưu Đức Bình-Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Hướng dẫn sử dụng CATIA – Nguyễn Hữu Phước 91