Thiết kế cầu chủ động cho ôtô buýt

Trờng đại học Bách khoa Hà Nội môn ôtô ====== ====== thuyết minh đồ án môn học thiết kế tính toán ôtô Đề tài: thiết kế cầu chủ động cho ôtô buýt Giáo viên hớng dẫn Sinh viên thực Lớp : Nguyễn Khắc Trai : Nguyễn Văn Hải : 05 BG - 01 Cơ Tin Hà Nội - 2007 Lời nói đầu Ngày nay, ôtô ngày đợc sử dụng rộng rÃi nh phơng tiện giao thông thông dụng Cùng với phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật chung, ngành công nghiệp chế tạo ôtô nói riêng đà có bớc phát triển nhanh chóng, vợt bậc với nhiều loại ôtô đại đời Với xu hớng phát triển ngành ôtô, Việt Nam đà bắt đầu có bớc tiến Việc lắp ráp ôtô nớc quan trọng việc chế tạo đợc linh kiện ngày quan tâm Trong trình học tập, em đợc giao nhiệm vụ thiết kế cầu chủ động cho xe buýt, sau đà đợc trang bị đầy đủ kiến thức ôtô thực tính toán, sinh viên hiểu sâu lý thuyết môn tính toán thiết kế nh cấu tạo nguyên lý hoạt động cụm chi tiết Đợc giúp đỡ tận tình thầy Nguyễn Khắc Trai thầy môn em đà hoàn thành nội dung đồ án môn học Mặc dù đà dành thời gian thích đáng, công phu nhng đồ án không tránh khỏi thiếu sót, mong thầy bạn góp ý bảo để đồ án môn học kiến thức chuyên ngành đợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! I Giới thiệu chung xe cần thiết kế Trong đồ án tính toán thiết kế ôtô ta tính toán cầu chủ động cho xe ôtô buýt với trọng tải toàn là: 13000kg Loại xe thiết kế loại xe có khả tốt đờng bằng, đặc biệt thành phố Có khả chở đợc nhiều ngời, sàn xe thấp, khoảng sáng gầm xe vừa phải, xe không cần tính động cao Xe có động công suất lớn độ bền độ tin cËy cao cho ngêi sư dơng Do ®ã xe thiÕt kế có khả đáp ứng đợc nhu cầu, đồng thời có thiết kế hình dáng bên nội thất bên có tính thẩm mĩ cao Các thông số xe đợc thể dới bảng sau: Thông số động Kích thớc khối lợng Khả sử dụng Công suất động Ne/ne (kW/Vg/min) Mô men động e/ne (Nm/Vg/min) Chiều dài sở (m) Chiều rộng sở (m) Khối lợng đầy đủ (kg) Chiều cao trọng tâm đầy tải (m) Tốc độ Vmax (km/h) 142/2800 680/1700 4,600 1,800 13000 1,080 95 II Giíi thiƯu chung vỊ hƯ thèng trun lùc (HTTL) HƯ thèng truyền lực ôtô hệ thống tất cấu từ động tới bánh xe chủ động, bao gồm cấu truyền, cắt đổi chiều quay, biến đổi giá trị mô men truyền Vậy kết cấu hệ thống truyền lực là: Ly hợp Hộp số Hộp phân phối Các đăng Các cầu chủ động bán trục bánh xe Trong loại dầm cầu cứng vỏ cầu đóng vai trò dầm cầu Phân loại hệ thống truyền lực * Phân chia theo hình thức truyền lợng: có loại - HTTL khí gồm có truyền ma sát - HTTL khí thủy lực gồm truyền khí truyền thủy lực - HTTL ®iƯn tõ - HTTL thđy lùc - HTTL liên hợp * Phân chia theo đặc điểm biến đổi tû sè trun: cã lo¹i - Trun lùc cã cấp - Truyền lực vô cấp * Phân chia theo phơng pháp điều khiển thay đổi tốc độ: có loại: - Điều khiển cầu số - Điều khiển bán tự động - Điều khiển tự động Sơ đồ bố trí chung điều khiển truyền lực Động Hộp số Cầu chủ động Bán trục Ly hợp Hộp phân phối Các đăng Bánh xe III Tính toán cầu chủ động - Tõ kÝch thíc líp 10.000 - 20 ta tÝnh b¸n kÝnh cđa xe d 20 + B 25 , 4= +10 25 , 4=508 ( mm ) 2 ( ) r0= ( ) - B¸n kÝnh thiÕt kÕ rbx =  r0 = 0,90 508 = 457,2 (mm) Víi  : hƯ sè biÕn d¹ng lốp A Tính toán chế độ tải trọng Trờng hợp 1: Mô men tính từ động truyền xuèng Mtt = Memax ih1  = 680 6,914 0,9123  Mtt = 4289 (Nm) (1) Víi {Memax=680(Nm)¿{ih1=6,914 Trờng hợp 2: Mô men tính theo b¸n kÝnh Mtt = Mmax i0 Víi: Mmax = Gi max Vbx  Mtt = Gi max Vbx i0 Trong ®ã:  Gi = 7200.10 = 72000 (N) Trọng lợng tính toán cho cầu thứ i xét max = 0,7 Hệ số bán max theo tÝnh to¸n  rbx = 457,2 (mm) = 0,4572 (m)  i0 = 5,83 tû sè truyÒn lùc chÝnh  Mtt = 7200.0,7.0,4572 5,83 = 3952 (Nm) (2) Từ (1) (2) cho ta giá trị tính toán cần thiết là: 3952 (Nm) Đây giá trị tính toán đầy tải, nhng trình sử dụng lúc xe đầy tải Nên ta có chế độ tính toán tải trọng cho bền l©u tb M tt = 0,6 Mtt = 0,6 3952 = 2371,2 (Nm) B Tính toán cầu xe Tính to¸n trun lùc chÝnh 1.1 TÝnh chän kÝch thíc trun lực - Chọn số theo i0 Với xe buýt: chän Z1 =  Z2 = Z1 i0 = 5,83 = 34,98  Chän Z2 = 35 - Chọn chiều nghiêng chiều quay cho bánh côn xoắn để tránh tợng kẹt + Víi xe buýt chän:  = 350 - Chän s¬ bé L dùa theo Mtt  L = 200 - Tính mô đun pháp tuyến bánh L cos β mn = 0,5 √ Z12 +Z 22 = 200 cos 35 2 0,5 √ +35 =9 ,227 - Ta quy chuẩn mô đun pháp tuyến dÃy tiêu chuẩn để tiện cho việc tính toán Chọn mn = - Tính mô đun mặt đầu mn ms = cos = =9 , 766 cos 350 - Chiều rộng bánh răng: b = 0,3 L = 0,3 200 = 60 (mm) - Nưa gãc c«n chia Z1 =artg =9 , 720 35 1 = artg Z  2 = 900 - 9,720 = 80,280 - Góc ăn khớp danh nghĩa: 0 = 200 - HƯ sè dÞch chØnh:  = - Đờng kính vòng chia đáy lớn: Dc = ms Z Dc1 = ms Z1 = 9,766 = 58,59 (mm) Dc2 = ms Z2 = 9,766 35 = 341,81 (mm) Dc - Bán kính vòng chia đáy lớn: r = D c1 58 , 59 = rc1 = rc2 = D c 341 , 81 = 2 = 29,295 (mm) = 170,905 (mm) - Bớc đáy lớn: ts = .mn ts1 = ts2 =  = 25,12 (mm) - ChiÒu cao đáy lớn: h = 2,25 ms h1 = h2 = 2,25 9,766 = 21,97 (mm) - Đờng kính vòng chia đáy lớn De = Dc + 2hi cos 1  De1 = Dc1 + 2h1 cos 1 = 58,59.2.21,97 cos 9,720 = 101,8 (mm) De2 = Dc2 + 2h2 cos 2 = 341,81.2.21,97.cos 80,280 = 349,22 (mm) - Kiểm tra khoảng sáng gầm xe H=r bx−  ( De 2 ( 3492,22 +25) ) +25 =457 , 2− H = 257,59 (mm) - Khe hở chân đáy lớn: C = 0,2 ms C1 = C2 = 0,2 9,766 = 1,9532 (mm) - Chiều cao đầu đáy lớn hc1 = hc2 = ms = 9,766 (mm) - Chiều cao đáy lớn vòng chia S= mn +2 ξ mn tg α π =12 ,56 ( mm ) S1 = S2 = - Bán kính vòng chia trung bình rx = ri - 0,5 b sinh i  rx1 = r1 - 0,5 60 sin 9,720 = 29,295 - 0,5 60 sin 9,720 = 24,22 (mm)  rx2 = r2 - 0,5 60 sin 80,280 = 141,33 (mm) 1.2 TÝnh to¸n lùc tác dụng lên cặp bánh truyền lực - Lực vòng tác dụng bánh chủ động bị động M tt 3952 = r , 02952 = 133875 (N) P1 = P2 = - Lùc chiỊu trơc Q ( Q = P tgα sin δ +tg β cosδ cos β ) tg 200 sin , 720 Q1 =133875 +tg35 cos ,720 cos 35 (   ) Q1 = 102437 (N) - Lùc híng kÝnh R R=P ( tg α cosδ −tg β sin δ cos β ) tg 200 cos , 720 =133875 −tg 350 sin ,72 0 cos 35 ( ) = 428803 (N) 1.3 TÝnh bÒn - Ta tính ứng suất uốn cho bánh chủ động, đợc tính theo công thức: = 24 P K d h b t 2s ( b 1− sin δ cos β r1 ≤[ ] ) - Bánh côn xoắn truyền lực đợc chế tạo từ thép cac bon trung bình 15HM dầu ram đạt độ cứng HRC 56 65 độ bền [u] = 700 900 (MN/m2) + Kd: Hệ số tải trọng động Kd =  1,5  Kd = 1,1 + P: lực vòng bán kính tính theo MH + h: chiều dài theo đờng sinh h= hC , 766 = =4 , 883 2 + ts: bíc mặt bên tính đáy lớn hình côn chia + : nưa gãc c«n chia + : gãc xoắn 24 133875 1,1 , 004883 , 06 0 ,06 , 02512 1− sin ,72 cos 350 , 02925 u = ( ) = 903331559 (N/m2) = 903 (MN/m2) - KiĨm tra ¸p lực bề mặt b 60 P b '= = ≈73 , 24 ( mm ) cos β cos 35 K1 = b' víi K 1= 133875 =1827894 ( N /m ) , 07324  K1 = 1827 (KN/m) 1.4 Tính bền theo ứng suất tiếp xóc σ tx =0 , 418 √ P.E 1 − + b sin α cos α r td r td ( ) Víi vËt liƯu lµ 15HM th× [tx] = 1500  2500 (MN/m2) + P: công suất tính theo chế độ tải trọng trung bình tb M tt 2371 , P= = =81066 ( N ) r , 02925 Lùc vßng tÝnh theo chế độ tải trọng trung bình - E : mô men đàn hồi vật liệu E = 22.1010 (N/m2) - rtd1, rtd2 : bán kính tơng đơng bánh chủ động, bị động rx rtd1 = cos β cos δ rx rtd2 = cos β cos δ = 24 , 22 =36 ,62 ( mm ) cos2 350 cos ,720 = 141, 33 =982 ,7 ( mm ) cos2 35 cos 80 ,28 - b: chiều dài theo đờng sinh - : góc ăn khớp danh nghĩa điểm tx = 0,418 81066 22 10 10 1 + , 06 sin 200 cos200 , 03662 , 9827 ( ) = 2139255611 (N) = 2139 (MN) T T Tên thông số Số Tỷ số truyền Mô đuyn pháp tuyến Mô đuyn mặt đầu Nửa góc côn chia Ký hiệ u Z i0 mn ms Đơ n vị Công thức tính toán Z2/ Z1 mn/ cos độ costg Z1 Z2 Kết Chủ Bị động động 35 5,83 5,83 8 9,766 9,72 9,766 80,28 Góc xoắn Góc ăn khớp Chiều rộng bánh Hệ số dịch chỉnh 10 Chiều dài đờng sinh côn chia b độ ®é mm 0,3L 35 20 60 35 20 60  L Không dịch chuyển mm 0,5 173 173 11 Đờng kính vòng chia đáy lớn 12 Bán kính vòng chia đáy lớn 13 Bớc đáy lớn 14 Đờng kính vòng đỉnh đáy lớn 15 Khe hở chân đáy lớn 16 Chiều cao đầu đáy lín Dc mm ms Zi 58,49 341,81 r mm Dx/2 √ Z 21+ Z 22 /cos β mn ts De mm  mn mm De + 2hi cosi 29,295 170,90 25,12 25,12 101,8 349,22 C mm 0,2.ms 1,9532 1,9532 he mm ms +  ms 9,766 9,766 17 Chiều dài đáy lớn vòng chia 18 Chiều cao đáy lớn 19 Đờng kính vòng chân đáy lớn 20 Bán kính vòng chia trung bình mm mn +2 ξ mn tgα hi mm 2,25.ms pi mm Dc - 2C rx mm r - 0,5.b.sini 12,56 12,56 21,97 21,97 24,22 141,33 IV Nguyên lý làm việc cầu xe Cấu tạo - Cầu chủ động bao gồm truyền lực vi sai Cả hai cấu đặt vỏ cầu, dÇm cÇu cøng hép vá cÇu mét phÇn cđa dÇm cầu Cầu xe nằm hệ treo độc lập vỏ cầu khối riêng gắn chặt với khung, dầm ngang sµn xe hay liỊn khèi víi hép sè chÝnh động a Truyền lực - Gồm bánh chủ động bánh bị động, yêu cầu độ cứng vững cao Truyền lực có chức năng: + Đảm nhận tỷ số truyền lớn, tăng mô men quay cho bánh xe, tạo nên số vòng quay tối u cho chuyển động ôtô khoảng tốc độ xe yêu cầu + Tạo nên chiều quay thích hợp bánh xe hệ thống truyền lực b Vi sai: - Gồm bánh bán trục, hai hay bốn bánh hành tinh - Thực sai lệch tốc độ quay trục bánh xe chuyển động đờng vòng, đờng gồ ghề, đảm bảo dễ dàng điều khiển, hớng chuyển động không mài mòn lốp xe - Hạn chế trợt quay bánh xe chênh lệch tốc độ, góc bánh xe cầu, tạo điều kiện tận dụng lực bám nâng cao tính kinh tế nhiên liệu Nguyên lý làm việc a Truyền lực 1 - Bánh chủ động (hay bánh dứa) đợc nối với hộp số trục đăng, bánh chủ động quay bánh bị ®éng quay lµm vá vi sai quay theo ChiỊu trun lực tùy vào cách đặt động nh hình vẽ dới đây: 2 1 6 a Động b Vi đặt sai dọc a Động đặt ngang - Bộ vi sai nằm lòng bánh bị ®éng cđa trun lùc chÝnh vµ gåm: + Vá vi sai đồng thời thân bánh bị động, hai bánh mặt trời (bánh bán trục) hai bốn bánh hành tinh (bánh vi sai) trục vi sai, bán trục dẫn bánh xe phải, trái, đệm tựa lng cho bánh Bánh vi sai quay tâm trục vi sai quay cïng vá vi sai - Cã hai trêng hỵp làm việc + Khi chuyển động thẳng đờng phẳng quÃng đờng lăn hai bánh xe nhau, lực cản hai bánh xe nh Sẽ làm cho bánh bán trục quay tốc độ, nh bánh hành tinh không quay quanh trục nó, mà mô men truyền xuống từ vỏ vi sai cần với mô men cán lăn vết tiếp xúc bánh xe tức là: nt = np = n0 vµ Mt = Mp = 0,5 M0 nt: tốc độ quay bánh xe trái (vòng/phút) np: tốc độ quay bánh xe phải (vòng/phút) n0: tốc độ quay vỏ vi sai Mt: Mô men bánh xe trái Mp: Mô men bánh xe phải M0: Mô men vỏ vi sai - Có thể hiểu bánh đóng vai trò chêm truyền lực Vp Vp Vht Vt Bánh Vt a Khi thẳng: Vt = Vp b Khi quay vòng: Vt Vp Hình 12: Quan hệ động học động lực học vi sai côn đối xứng - Khi xe đờng vòng, quÃng đờng lăn bánh xe khác nhau, bánh bán trục quay với tốc độ khác lực cản bánh xe khác dẫn tới tốc độ góc bánh bán trục khác - Nh bánh hành tinh võa quay quanh trơc cđa nã víi tèc ®é gãc ht, mô men truyền từ vỏ vi sai cân với mô men cản đặt tâm trục bánh vi sai Mt + Mp Trên bánh vi sai không cân lực ăn khớp tạo nên mô men quay bánh vi sai xung quanh trục với giá trị Mt - Mp Mô men lại giá trị Mp tác dụng cho bánh bán trục hai bªn Nh vËy Mt = Mp NÕu np = 2n0 nt = bánh phải quay gấp đôi Còn bánh xe trải không quay Mặt khác bánh xe bên phải có lực cản nhỏ coi nh = (Mt = 0) Th× Mt = Mp = Do xe không khả khắc phục lực cản đờng Đó tợng patinê Quan hệ tổng quát vi sai là: nt + np = 2n0 nt  np Mt = Mp Việc sử dụng vi sai đối xứng nh cho phép bánh xe quay với tốc độ khác nhau, hạn chế mài mòn lốp xe, nhng lại làm xấu khả truyền lực cầu chủ động, đồng thời làm tăng khả tiêu hao nhiên liệu ôtô IV Bảo dỡng cầu chủ động a Cách tháo lắp cầu Bớc 1: Tháo toàn cụm cầu khỏi xe Về nguyên tắc phải rút bán trục trớc Bớc 2: Tháo bánh bị động Trớc tháo hai miếng âm đợc bắt hai ốc Sau tháo đến nửa vỏ cầu Rồi tháo rời đợc toàn cụm vi sai tháo đợc bánh hành tinh khỏi trục chữ thập Bớc 3: Tiếp theo tháo bánh chủ động Sau tháo hai hàng ốc mặt bích để tháo mặt bích, ổ bi mang theo bánh dứa Khi lắp vào trình diễn ngợc lại phải đảm bảo đợc yêu cầu: + Các ổ bi không đợc xuất độ dơ dọc + Đảm bảo độ ăn khớp bánh chủ động, bị động b Những h hỏng thờng gặp nguyên nhân - Cầu chủ động bao gồm phần vỏ cầu cặp bánh chuyền động lắp bên Cho nên trình làm việc thờng xảy h hỏng: + Phần vỏ cầu bị rò rỉ dầu, bị rạn nứt, sứt mẻ gây tiếng ồn, tiếng gõ khác thờng + Sự ăn khớp bánh truyền lực không đúng, khe hở ăn khớp lớn gây tiếng ồn làm việc, gây giật xe thay đổi tốc độ làm việc c Công việc kiểm tra bảo dỡng * Chuẩn đoán bệnh phơng pháp kiểm tra bảo dỡng không cần tháo rời chi tiết Mà cần dựa vào dấu hiệu nhận thấy trình sử dụng - Khi xe chạy dựa vào tiếng gõ + Dựa vào tần số gõ: kêu nhanh xác định kê từ hộp số, kêu chậm đăng cầu * Cờng độ tiếng gõ: nhẹ dơ ít, mạnh dơ nhiều - Dựa vào dầu cầu để xác định bệnh: + Nhiệt độ dầu cầu bình thờng < 500C + Mức dầu cầu: ngập 1/3 bánh bị động + Màu dầu: dựa vào màu dầu để xác định xem có tạp chất hay không * bảo dỡng cấp cao ngời ta tiến hành kiểm tra độ tổng cộng cầu chủ động Để xe số dùng tay lắc trục đăng hai phía biết đợc độ dơ cầu chủ động hay bích cầu chủ ®éng lªn kÐo phanh tay - Dơng lÊy dÊu gồm giá đỡ làm vạch dấu Dïng tay quay b¸nh xe hÕt vỊ mét phÝa dïng dụng cụ lấy dấu vành bánh xe Sau quay bánh xe theo chiều ngợc lại đến lúc cảm thấy nặng dừng lại lấy dấu Khoảng dịch chuyển độ dơ tổng cộng so sánh với tiêu chuẩn: + Xe khoảng (18 25) (mm) + Xe cị kho¶ng (25  45) (mm) Nếu độ dơ tổng cộng lên mức cho phép ta phải kiểm tra, điều chỉnh phận cầu chủ động * Kiểm tra, điều chỉnh độ dơ dọc trục ổ bi, trục chủ động, bánh trun lùc chÝnh - Tríc kiĨm tra th¸o c¸c bu lông lắp ghép bích khớp với đăng, với mặt bích trục Răng chủ động tháo khỏi bánh chủ động khỏi vỏ cầu - Dùng hai tay cầm mặt bích trục kéo đẩy vào cảm thấy dơ dùng đồng hồ so đặt bàn rò dơ tì tay vào mặt bích kéo ra, đẩy vào thấy khe hở 0,1 (mm) ta phải điều chỉnh độ dơ - Điều chỉnh ổ bi bị dơ ta thay đổi đệm điều chỉnh theo nguyên tắc bớt đệm giảm độ dơ ngợc lại Khi điều chỉnh xảy độ dơ hết nhng ổ bi chặt gây lực cản lớn nên ngời ta dùng lực kế móc vào lỗ bu lôngmặt bích kéo xoay trục với khoảng lực (2 3) kg tơng øng víi m« men quay trơc b»ng (0,1  0,35) kgm (1,0  2,3) Nm * KiĨm tra ®iỊu chØnh độ dơ ổ bi vỏ vi sai đợc kiểm tra với tiêu chuẩn mô men nh ỉ bi trơc chđ ®éng * KiĨm tra ®iỊu chØnh khe ăn khớp (khe hở cạnh) cặp bánh côn xoắn truyền lực - Dùng dây chì mỏng kẹp vào mặt bên ăn khớp - Quay bánh theo chiều sau lấy dây chì đo đợc chiều dày Thông thờng khe hở bánh phải nằm khoảng (0,15 0,4)mm * Kiểm tra ăn khớp (tiếp xúc) cặp bánh côn xoắn truyền lực cách: - Bôi lên bề mặt ba cách 120 bánh chủ động (bánh dứa) lớp sơn mỏng HÃm bánh chủ động với lực để kiểm tra ăn khớp tơng ứng với cỡ tải trọng nhỏ - Quay bánh bị động hai phía, quan sát vết tiếp xúc cặp bánh qua lớp sơn bánh để so sánh với tiêu chuẩn điều chỉnh cho - Thông thờng vết tiếp xúc phải đạt tới 2/3 chiều dài - Nếu không điều chỉnh để vết tiếp xúc hai bánh đạt yêu cầu cần thay hay có biện pháp kỹ thuật khắc phục Tài liệu tham khảo Chuẩn đoán bảo dỡng kỹ thuật NXB Giao thông vận tải - TS Hồ Hắc Hùng Thực hành sửa chữa bảo trì động xăng NXB Đà Nẵng - Biên soạn Trần Thế San - Đỗ Dũng Giáo trình cấu tạo ôtô NXB Giao thông vận tải Cấu tạo hệ thống truyền lực ôtô Biên soạn: Nguyễn Khắc Trái Thiết kế tính toán ôtô Biên soạn: Nguyễn Khắc Trai Kỹ thuật sửa chữa ôtô động nổ đại tập NXB Đồng Nai - Biên soạn Nguyễn Oanh Mục lục Lời nói đầu I Giíi thiƯu chung vỊ xe cÇn thiÕt kÕ .2 II Giíi thiƯu chung vỊ hƯ thèng trun lùc (HTTL) Phân loại hệ thống truyền lực 2 Sơ đồ bố trí chung ®iỊu khiĨn trun lùc III Tính toán cầu chủ động A TÝnh to¸n chÕ ®é t¶i träng Trờng hợp 1: Mô men tính từ động truyền xuống Trờng hợp 2: Mô men tính theo bán kính B Tính toán cầu xe TÝnh to¸n trun lùc chÝnh .5 1.1 TÝnh chän kÝch thíc trun lùc chÝnh .5 1.2 TÝnh to¸n lực tác dụng lên cặp bánh truyền lực 1.3 TÝnh bÒn 1.4 Tính bền theo øng suÊt tiÕp xóc .9 IV Nguyên lý làm việc cầu xe .11 CÊu t¹o 11 Nguyên lý làm việc 12 IV Bảo dỡng cầu chủ động 15 a Cách tháo lắp cầu 15 b Những h hỏng thờng gặp nguyên nhân .15 c Công viƯc kiĨm tra b¶o dìng 15 Tài liệu tham khảo 18