Tính toán thiết kế hộp số cơ khí 3 trục 6 cấp cho ô tô tải (word + cad)

Một chiếc ô tô là tổng thể của hàng ngàn chi tiết kết hợp với nhau. Tuy nhiên, một vài bộ phận trong cả ngàn chi tiết đó đóng vai trò quan trọng hơn phần còn lại và hộp số là một trong những bộ phận đó. Thiếu nó, chiếc xe hơi của bạn không thể di chuyển được.. Hộp số là bộ phận truyền công suất từ động cơ đến hệ dẫn động. Hộp số dùng để thay đổi tỉ số truyền nhằm thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe, đồng thời thay đổi tốc độ chạy xe phù hợp với sức cản bên ngoài.Theo lý thuyết, động cơ đốt trong chỉ sinh công và mô men xoắn tối đa ở dải tua máy hẹp. Hộp số cho phép tỉ số truyền của động cơ và cầu dẫn động thay đổi khi xe tăng và giảm tốc độ. Ở chế độ lý tưởng, hộp số sẽ duy trì được tỷ số truyền để động cơ luôn luôn hoạt động ở vòng tua máy tối ưu nhất. Việc nghiên cứu, tính toán hộp số sẽ giúp chúng ta nắm bắt những kiến thức cơ bản để nâng cao hiệu quả khi sử dụng, khai thác, sửa chữa và cải tiến chúng. Ngoài ra nó còn góp phần xây dựng các nguồn tài liệu tham khảo phục vụ nghiên cứu trong quá trình học tập và công tác. Vì những lý do trên nhóm em chọn đề tài “ THIẾT KẾ HỘP SỐ SÀN Ô T Ô ” 1.2. Ý nghĩa của đề tài Đề tài giúp sinh viên củng cố,tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên ngành trong học tập cũng như ngoài thực tế xã hội. Đề tài còn để cho sinh và những người muốn tìm hiểu về chuyên ngành ô tô được hiểu rõ hơn. Từ những kết quả thu thập được giúp cho chúng em hiểu sâu hơn về hộp số biết được nguyên lý, kết cấu từ đó đưa ra phương pháp thiết kế hộp số sàn tối ưu hơn. 1.3.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý của hộp số sàn. Tính toán ,thiết kế hộp số trên ô tô. 1.4.Đối tượng nghiên cứu Đối tượng: Hộp số sàn 1.5.Phạm vi nghiên cứu của đề tài Hộp số sàn 5 cấp2 1.6.Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập thông tin. Phương pháp tiếp cận thu thập thông tin. Phương pháp nghiên cứu tài liệu.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Lý do chọn đề tài

Hộp số là một trong những bộ phận quan trọng nhất của ô tô, có vai trò truyền công suất từ động cơ đến hệ dẫn động và thay đổi tỉ số truyền để điều chỉnh mô men xoắn và tốc độ xe Thiết kế của hộp số giúp động cơ hoạt động ở vòng tua máy tối ưu, cho phép xe tăng và giảm tốc độ hiệu quả Nghiên cứu và tính toán hộp số không chỉ nâng cao hiệu quả sử dụng và sửa chữa mà còn tạo ra nguồn tài liệu tham khảo quý giá cho quá trình học tập và công tác.

Vì những lý do trên nhóm em chọn đề tài “ THIẾT KẾ HỘP SỐ SÀN Ô T Ô ”

Ý nghĩa của đề tài

Đề tài này hỗ trợ sinh viên củng cố và nâng cao kiến thức chuyên ngành ô tô, không chỉ trong học tập mà còn trong thực tiễn xã hội Nó cũng giúp sinh viên và những người quan tâm đến ngành ô tô hiểu rõ hơn về lĩnh vực này.

Kết quả thu thập được giúp chúng em hiểu rõ hơn về nguyên lý và cấu trúc của hộp số, từ đó phát triển phương pháp thiết kế hộp số sàn tối ưu hơn.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý của hộp số sàn

Tính toán ,thiết kế hộp số trên ô tô.

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng: Hộp số sàn

Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp thu thập thông tin

Phương pháp tiếp cận thu thập thông tin Phương pháp nghiên cứu tài liệu

TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ

Lịch sử phát triển

2.1.1.Hộp số sàn (Hộp số ngang và hộp số dọc) Được ví như trái tim của hệ thống truyền lực, hộp số biến đổi mô-men, tốc độ làm việc của động cơ sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của bánh xe trên đường Kể từ khi phát minh nổi tiếng của George Selden về bộ truyền động cầu trước kết hợp với động cơ 3 xi-lanh đặt nằm ngang trở thành thiết kế trên xe hơi, có rất ít ý tưởng mới phù hợp Giới thiệu vào năm 1894, bản phác thảo đầu tiên của hộp số cận đại do hai kỹ sư người Pháp, Louis-Rene Panhard và Emile Levassor đưa ra đã không mang về cho hai ông vinh quang mà ngược lại phải nhận những chỉ trích Thời ấy, kết cấu truyền động khá đơn giản bằng bộ truyền đai hoặc bộ truyền bánh răng côn Xe chỉ có thể chạy với tốc độ đa 32 km/h Khi gặp vật cản trên đường, tài xế phải dừng lại gài số thấp

Hình 2 1 Hộp số sàn ngang

Hình 2 2 Hộp số sàn dọc

F W Lanchester, một trong những người tiên phong trong lĩnh vực ôtô ở Anh, mô tả về chiếc xe của ông gồm hai cấp truyền đai, một cho tốc độ thấp, cần mô-men lớn và một ở tốc độ cao, mô-men nhỏ

Một năm sau cuộc họp báo gây tranh cãi, Panhard và Levassor đã khôi phục danh tiếng không chỉ với hộp số mà còn với toàn bộ hệ thống truyền lực.

Thiết kế mới của mẫu xe không giống như hiện tại, với động cơ đặt dọc phía trước và truyền công suất ra cầu sau thông qua ly hợp và hộp số trượt 3 cấp cùng cầu chuyển động bằng xích Hệ thống này tương tự như truyền lực trên xe hiện đại nhưng chưa có vi sai và bán trục chủ động Tuy nhiên, vào năm 1898, nhà triệu phú Louis Renault đã thành công trong việc kết nối công suất từ động cơ đặt dọc qua hộp số tới cầu sau “sống” bằng trục kim loại.

Cầu sau “sống” hay vi sai cầu sau, được phát triển bởi Renault, dựa trên ý tưởng của C E Duryea vào năm 1893 Phát minh này đã giải quyết hiệu quả vấn đề mòn lốp, vì vậy nó đã trở thành tiêu chuẩn được hầu hết các nhà sản xuất ô tô áp dụng.

Vi sai là một cơ cấu bánh răng quan trọng, giúp phân chia công suất giữa hai bánh xe phía sau Cơ cấu này cho phép bánh xe bên ngoài quay nhanh hơn bánh xe bên trong khi xe thực hiện các vòng quay, từ đó cải thiện khả năng điều khiển và ổn định của xe.

Vào năm 1904, hộp số sàn sang số trượt của Panhard-Levassor đã được áp dụng rộng rãi bởi hầu hết các nhà sản xuất ôtô Mặc dù đã trải qua nhiều hình thức khác nhau, công nghệ này vẫn được sử dụng cho đến gần đây, với nhiều cải tiến và thay đổi đáng kể.

Hệ thống đồng bộ hóa là yếu tố quan trọng nhất giúp quá trình ăn khớp giữa các bánh răng diễn ra trơn tru, tránh va đập Cadillac là hãng xe đầu tiên trang bị bộ đồng tốc vào năm 1928, và sau đó, công nghệ này được Porsche phát triển, trở nên phổ biến cho đến ngày nay.

2.1.2.Hộp số tự động (Hộp số ngang và hộp số dọc)

Vào đầu thế kỷ 20, các kỹ sư hàng hải Đức đã nghiên cứu và phát triển ý tưởng về hộp số tự động Đến năm 1938, GM đã giới thiệu chiếc Oldsmobile đầu tiên trang bị hộp số tự động, giúp đơn giản hóa việc điều khiển ô tô nhờ loại bỏ bàn đạp ly hợp Tuy nhiên, do tính phức tạp trong chế tạo và khó khăn trong bảo trì, hộp số tự động ít được sử dụng trong giai đoạn đầu.

Hình 2 3 Hộp số tự động ngang

Hộp số tự động (HSTD) đã có sự hồi sinh mạnh mẽ vào những năm 70 khi nhiều hãng ô tô giới thiệu xe mới với hộp số tự động Từ đó, HSTD không ngừng phát triển và dần thay thế hộp số thường Ban đầu, HSTD sử dụng hệ thống điều khiển thủy lực, nhưng sau đó, để cải thiện độ chính xác và an toàn, hộp số tự động có cấp điều khiển bằng điện tử (ECT) ra đời Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu về tỷ số truyền linh hoạt hơn, vào cuối thế kỷ XX, các nhà sản xuất đã phát triển hộp số tự động vô cấp Theo tài liệu công nghiệp ô tô CHLB Đức, HSTD lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1934 tại hãng Chrysler, với thiết kế ban đầu sử dụng ly hợp thủy lực và hộp số hành tinh, hiện nay được gọi là AT.

Sau khi ZIL (Liên Xô cũ, 1949), nhiều hãng xe Tây Âu như Đức, Pháp và Thụy Sĩ cũng phát triển Trong giai đoạn này, hầu hết các hệ thống truyền động sử dụng hộp số hành tinh 3 hoặc 4 cấp, dựa trên bộ truyền hành tinh 2 bậc tự do kiểu Willson với cấu trúc tự động.

Sau những năm 1960, hệ thống truyền động thủy lực đã được áp dụng cho ô tô tải và ô tô buýt, kết hợp với biến mô men thủy lực và hộp số cơ khí sử dụng các cặp bánh răng ăn khớp ngoài, tạo nên cấu trúc tự động.

Sau năm 1978 chuyển sang loại HSTD kiểu EAT (điều khiển chuyển số bằng thủy lực điện tử), loại này ngày nay đang sử dụng

Một loại hộp số vô cấp (CVT) sử dụng bộ truyền đai kim loại và hệ thống điều khiển chuyển số bằng thủy lực điện tử, cũng được xem là một dạng hộp số tự động (HSTD).

Hình 2 6 Cấu tạo hộp số CVT

Ngày nay, việc chế tạo các loại truyền động thông minh đã trở nên phổ biến, cho phép chuyển số dựa trên thói quen lái xe và tình huống mặt đường Hệ thống truyền lực sử dụng HSTD với 8 số truyền được gọi là hệ thống truyền lực cơ khí thủy lực điện tử, là một lĩnh vực ứng dụng công nghệ cao đang phát triển nhanh chóng Gần đây, hộp số mới xuất hiện có khả năng chuyển số theo hai phương pháp: bằng tay hoặc tự động, tùy thuộc vào sở thích của người sử dụng.

Hiện nay, nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng và nâng cao tính an toàn, các nhà sản xuất đã phát triển hộp số điều khiển điện tử, tích hợp thêm chức năng sang số bằng cần giống như hộp số truyền thống.

Các loại hộp số sàn trên các dòng xe

2.2.1 Hộp số sàn 5 cấp trên xe Toyota Innova

Hình 2 8 Cấu tạo hộp số xe Innova

Hình 2 9 Mặt cắt hộp số xe Innova

Hình 2 10 Vỏ hộp số b Các trục

Hình 2 12 Cặp bánh răng ăn khớp d.Bộ đồng tốc

Để hai bánh răng quay êm dịu và không va đập khi gài vào nhau, chúng cần đạt cùng tốc độ (đồng tốc) trước khi kết nối Hộp số ô tô hiện đại được trang bị bộ đồng tốc, giúp đồng bộ hóa tốc độ của các bánh răng trước khi gài số Bộ đồng tốc này hoạt động cùng với khớp gài số trong hộp số ô tô Hầu hết các ô tô hiện nay đều sử dụng hộp số kiểu đồng tốc, giúp hai bánh răng tiến lại gần nhau và đồng bộ hóa tốc độ quay nhờ vào ma sát.

Hình 2 14 Cơ cấu gài số f Cơ cấu định vị khóa số

Cơ cấu định vị thanh trượt (khóa riêng) giữ cho thanh trượt ở vị trí nhất định khi ở vị trí trung gian hoặc gài số Thanh trượt có rãnh tương ứng với các số và một rãnh số không, trong khi vỏ hộp số có lỗ để lắp lò xo và viên bi khóa Khi gài số, tay số tác động làm thanh trượt di chuyển, nén lò xo và cho phép viên bi trượt xuống rãnh mong muốn Nếu cơ cấu này bị hỏng, như viên bi mòn hoặc lò xo gãy, sẽ dẫn đến hiện tượng tự trả về vị trí trung gian.

Hình 2 15 Cơ cấu gài số dạng bi

2.2.1.2 Sơ đồ truyền công suất

Hình 2 16 Đường truyền cồn suất tay số 1

2.2.2 Hộp số sàn ngang 5 cấp trên Toyota Vios

Hình 2 22 Kết cấu hộp số sàn ngang xe Toyota Vios

Hình 2 23 Vị trí hộp số sàn ngang

2.2.2.1.Cấu tạo a.Cơ cấu điêu khiển

Hình 2 24 Cơ cấu chuyển số

Hình 2 25 Các cơ cấu đồng tốc

Hình 2 26 Cấu tạo bộ đồng tốc

22 c.Cơ cấu đồng tốc số lùi

Hình 2 27 Cơ cấu đồng tốc số lùi d Cơ cấu chuyển số

Hình 2 28 Cơ cấu chuyển số

23 e.Cơ cấu tránh ăn khớp kép

Hình 2 29 Cơ cấu tranh ăn khớp kép f.Cơ cấu trành gài nhầm số lùi

Hình 2 30 Cơ cấu tranh gài nhầm số lùi

24 g.Cơ cấu gài số lùi một chiều

Hình 2 31 Cơ cấu gài số lùi một chiều h Cơ cấu khóa chuyển số

Hình 2 32 Cơ cấu khóa chuyển số i.Cơ cấu khóa số lùi

Hình 2 33 Cơ cấu khóa số lùi

2.2.2.2 Đường truyền công suất a.Tay số 1

Hình 2 34 Đường tuyền công suất tay số 1 b.Tay số 2

Hình 2 35 Đường tuyền công suất tay số 2

Hình 2 36 Đường tuyền công suất tay số 3 d Tay số 4

Hình 2 37 Đường tuyền công suất tay số 4

Hình 2 38 Đường tuyền công suất tay số 5 f Số lùi

Hình 2 39 Đường tuyền công suất tay số lùi

2.2.3 Hộp số sàn 5 cấp của hãng Hyundai

Hộp số với 5 số tiến 1 lùi cấu thành từ các cụm chi tiết chính như trục bánh răng

29 truyền động (trục sơ cấp), trục chính (trục thứ cấp), trục trung gian, trục đảo chiều, các bánh răng và cơ cấu chuyển số

Hình 2 40 Hộp số sàn 5 cấp của hảng Hyundai

1 Trục bánh răng truyền động 2 Trục trung gian 3 Trục chính

4 Trục đảo chiều 5 Cơ cấu chuyển số a.Trục chính

Trục chính hộp số bao gồm các bánh răng số và cơ cấu đồng tốc Bộ đồng tốc côn đơn (BĐT A) được lắp giữa bánh răng số 4 và 5, trong khi bộ đồng tốc côn đôi (BĐT B) được lắp giữa bánh răng số 2 và 3 Cơ chế ăn khớp ngay (BĐT) được lắp đặt giữa bánh răng số 1 và số lùi.

Hình 2 41 Cấu tạo trục chính hộp số

1 Long đền BR số 1 2 BR số 1 trục chính 3 Ổ đỡ con lăn kim

4 Ống nối ổ đỡ BR số 1 5 Chi tiết đệm 6 Ống trượt

7 Mayơ 8 BR số lùi 9 Ổ đỡ con lăn kim

10 Khoen chặn 11 Ổ đỡ hướng 12 Đai ốc hãm

13 Lông đền hãm 14 Vòng đồng tốc BĐT A 15 Ống trượt BĐT A

16 Then chuyển 17 Lò xo chuyển 18 Mayơ BĐT A

19 Bộ BR số 4 20 Ổ đỡ con lăn kim 21 Chi tiết đệm ổ đỡ

22 Ống nối ổ đỡ BR số 4 23 Ổ đỡ đẩy 24 Bộ BR số 3

25 Ổ đỡ con lăn kim 26 Ống nối ổ đỡ con lăn số 3 27 Vòng đồng tốc BĐT B

28 Mayơ BĐT B 29 Ống trượt BĐT B 30 Then chuyển

31 Lò xo chuyển 32 BR số 2 33 Ổ đỡ con lăn kim

34 Trục chính c.Trục trung gian

Trục trung gian được chế tạo liền khối với các bánh răng phụ số 1, 2, 3 và bánh răng lùi, cùng với hai bánh răng cố định là bánh răng phụ số 4 và bánh răng A Khi bánh răng A luôn khớp với trục sơ cấp, trục trung gian sẽ quay đồng thời với trục sơ cấp.

Hình 2 42 Cấu tạo trục trung gian

1 Trục trung gian 2 BR A 3 BR phụ số 4

4 Then chìm 5 BR phụ số 3 6 Bánh răng lùi

7 BR phụ số 2 8 BR phụ số 1 d.Trục đảo chiều

Trục đảo chiều dùng để thay đổi chiều quay của trục thứ cấp hộp số khi vào số lùi, từ đó làm đổi chiều quay của các bánh xe

Hình 2 43 Cấu tạo trục đảo chiều

1 Miếng hãm 2 Trục đảo chiều 3 Vòng răng chữ O

4 Bánh răng đảo chiều 5 Long đền hông 6 Ổ đỡ con lăn kim

7 Đệm ổ đỡ e.Cơ cấu chuyển số

Cơ cấu chuyển số của hộp số gồm 2 cụm chính là cần số trên và cần số thấp và được

32 điều khiển bởi cơ cấu điều khiển loại điều khiển bằng cáp

Cần số trên dùng để chọn đúng bộ đồng tốc cần thiết và dịch đúng hướng bộ đồng tốc đã chọn để vào khớp răng

1 Lò xo 2 Chốt hãm trong 3 Nút bụi

4 Đèn báo 5 Boulon chỉnh ngàm 6 Boulon

7 Ngàm chuyển số 1, lùi A 8 Ngàm chuyển số 1, lùi B 9 Thanh trượt số 1, lùi A

10 Càng chuyển số 2,3 11 Ngàm chuyển số 2,3 12 Thanh trượt số 2,3

13 Thanh trượt số 4,5 14 Càng chuyển số 4,5 15 Thanh trượt số 1, lùi B

16 Càng chuyển số 1, lùi 17 Nút vít 18 Lò xo A

19 Hướng lò xo 20 Bạc lót tấm hãm trong B 21 Tấm hãm trong

22 Bạc lót tấm hãm trong A 23 Lò xo B 24 Bi thép

25 Đai ốc bích 26 Trục cần chuyển số 1, lùi 27 Cần chuyển số 1, lùi

Khi điều khiển cần chuyển số cơ cấu điều khiển loại cáp hoạt động thông qua cáp chọn

Cơ cấu chuyển số hoạt động dựa vào 34 số và cáp vào số điều khiển Khi đó, cơ cấu sẽ chọn đúng bộ đồng tốc và dịch chuyển theo hướng đã chọn Kết quả là bộ đồng tốc sẽ hoạt động hiệu quả Bộ đồng tốc loại côn đơn là một trong những loại phổ biến.

Khi chuyển số di chuyển theo phương mũi tên, ống trượt bộ đồng tốc sẽ di chuyển nhẹ sang trái Sự chuyển động này tạo ra độ nhô ăn khớp với ống nối bộ đồng tốc, dẫn đến việc di chuyển sang trái, khiến vòng răng bộ đồng tốc ép vào côn bánh răng truyền động (A).

Hình 2 46 Giai đoạn 1 bộ đồng tốc loại côn đơn

1 Trục bánh răng truyền động 2 Vòng đồng tốc 3 Ống trượt bộ đồng tốc

4 Càng chuyển số 5 Then chuyển

Khi ống trượt bộ đồng tốc di chuyển sang trái quá mức, then chuyển sẽ bị chặn bởi vòng đồng tốc, dẫn đến việc độ nhô của then chuyển bị bung ra khỏi ống trượt.

Hình 2 47 Giai đoạn 2 bộ đồng tốc loại côn đơn

Khi ống trượt bộ đồng tốc và bánh răng truyền động quay với tốc độ giống nhau, vòng răng đồng tốc không còn chặn ống nối bộ đồng tốc, dẫn đến việc ống nối di chuyển sang trái và khớp với rãnh then côn của bánh răng truyền động Khi đó, công sẽ được truyền đi.

Hình 2 48 Giai đoạn 3 bộ đồng tốc loại côn đơn h.Bộ đồng tốc loại côn đôi

Khi chuyển số theo phương mũi tên, ống trượt bộ đồng tốc sẽ di chuyển nhẹ về phía bánh răng số 3 Kết quả là thân bộ đồng tốc tiến về bánh răng số 3, đồng thời ấn vòng đồng tốc vào côn bộ đồng tốc.

Hình 2 49 Giai đoạn 1 bộ đồng tốc loại côn đôi

1 Vòng đồng tốc trong 2 Côn bộ đồng tốc 3 Vòng đồng tốc ngoài

4 Ống trượt bộ đồng tốc 5 Then chuyển 6 Mayơ bộ đồng tốc

7 Càng chuyển số 8 Bánh răng số 3 9 Mấu ăn khớp

Khi ống trượt bộ đồng tốc di chuyển tiếp về phía bánh răng số 3 , thân bộ đồng tốc sẽ bị chặn bởi vòng đồng tốc

Lực ma sát tại bề mặt côn gia tăng, khiến ống trượt bộ đồng tốc ấn mạnh vào côn Kết quả là lực ma sát lớn hơn sẽ tác động lên côn, đồng bộ hóa ống trượt bộ đồng tốc với bánh răng số 3.

Khi hai ống trượt bộ đồng tốc quay cùng tốc độ, chúng sẽ di chuyển lên côn thân bộ đồng tốc, giúp dễ dàng ăn khớp với rãnh then của bánh răng thứ 3 Quá trình này cho phép công được truyền đi một cách hiệu quả.

Cơ chế khóa trong vỏ dưới bộ chuyển số được thiết kế để ngăn ngừa việc sang số kép Khi thanh trượt ở vị trí chuyển số, bi thép bên phải thanh trượt chuyển số 1 và lùi sẽ di chuyển sang phải để khóa thanh trượt chuyển số 2 và 3 Đồng thời, chốt hãm trong B ép bi thép bên phải cũng khóa thanh trượt chuyển số 4 và 5, dẫn đến việc các thanh trượt khác bị khóa lại.

Hình 2 52 Cơ chế khóa trong

1 Thanh trượt chuyển số 1, lùi 2 Vỏ dưới bộ chuyển số 3 Thanh trượt chuyển số 2,3

4 Thanh trượt chuyển số 4,5 5 Chốt hãm trong B 6 Bi thép

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỘP SỐ SÀN

Dữ liệu ban đầu

Khối lượng xe đầy tải (kg): 16000

Khối lượng xe đầy tải phân bố lên cầu chủ động (kg): 10000

Vị trí lắp động cơ (cầu trước/sau): cầu trước;

Cầu chủ động (trước/sau): sau

Loại hộp số: cơ khí; Số cấp: 6

Tỷ số truyền hộp số: (I-6.407; II-3.362; III-1,805; IV-1.213; V-1; VI-0,845; số lùi- 5.873)

Tỷ số truyền cầu chủ động: 𝑖 0 = 5,125

Công suất cực đại (𝑁 𝑒𝑚𝑎𝑥 ) / vòng quay (𝑛 𝑁 ): 250/2300 kW/v/ph

Mô men xoắn cực đại (𝑀 𝑒𝑚𝑎𝑥 ) / ở vòng quay (𝑛 𝑀 ): 870/1500 Nm/v/ph

Chọn sơ đồ hộp số

3.2.1.Phân tích chọn phương án thiết kế Động cơ đặt phía trước, cầu sau chủ động nên động cơ đặt dọc

Bố trí hệ thống truyền lực như hình vẽ:

Làm việc trong điều kiện đường tốt, để tiết kiệm nhiên liệu nên tay số 6 là số truyền tăng

Có tỉ số truyền tay số 5 bằng 1 nên hộp số 3 trục

Hình 3 1 Phương án bố trí hộp số

Cặp bánh răng số lùi là bánh răng thẳng, còn lại là bánh răng nghiêng luôn ăn khớp

Hộp số 3 trục, 6 cấp (6 tiến, 1 lùi) được thiết kế với trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng tâm Tỷ số truyền cuối cùng là I 6 = 0,845, với số 1 được gài bằng ống răng, trong khi các số 2, 3, 4, 5, 6 được gài bằng bộ đồng tốc Số lùi (R) được gài bằng ăn khớp răng.

Xác định kích thước cơ bản

Do điều kiện làm việc khắc nghiệt với lực truyền lớn và tốc độ vòng quay cao, yêu cầu về kích thước hộp số phải nhỏ gọn Điều này dẫn đến việc bánh răng cần có kích thước nhỏ nhưng vẫn phải đảm bảo khả năng truyền mô men lớn mà không gây ra tiếng ồn trong quá trình hoạt động.

Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:

Nhiệt luyện: thấm các bon Độ cứng : 46…53 HRC

3.3.1 Xác định khoảng cách giữa các trục: A

Trong đó: Memax = 870 Nm: là mômen cự đại của động cơ

Hình 3 2 Sơ đồ nguyên lý hộp số

40 a : hệ số kinh nghiệm, đối với xe tải động cơ diesel a = 15 – 21

𝐴 ≈ 𝑎 √𝑀 3 𝑒 𝑚𝑎𝑥 = 16 𝑥 √870 3 = 152 Chọn A= 150 mm ( chọn theo tiêu chuẩn sách HD đồ án thiết kế)

3.3.2 Chọn môđun pháp tuyến các cặp bánh răng

- Cặp bánh răng tay số lùi được ăn khớp bằng bánh răng di trượt nên chọn bánh răng trụ răng thẳng

- Cặp bánh răng 1,2,3,4,6 và cặp bánh răng luôn ăn khớp chọn bánh răng trụ răng nghiêng

- Môđun được chọn theo mômen động cơ 𝑀 𝑐 𝑚𝑎𝑥 = 870 nên chọn môđun từ: 3,75 4,5 Không nên chọn từ 1,52 vì khi quá tải sẽ dễ gảy răng)

- Chọn môđun cho các bánh răng theo công thức kinh nghiệm 𝑚 𝑛 = 3,75

3.3.3 Xác định số răng của các bánh răng hộp số

Số lượng răng za của bánh răng chủ động phải được chọn sao cho không bị cắt đỉnh với răng không dịch chỉnh, với điều kiện là ≥ 17 Do đó, ta chọn za = 21 răng.

- Số lượng răng của bánh răng bị động luôn ăn khớp được tính theo công thức sau: za’= ia.za= 2,3 x 21 = 48,3 chọn za’= 48 răng

- Tính lại tỉ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp

- Tính lại khoảng cách trục:

- Tỉ số truyền của các tay số trung gian i1 = ih1/ia = 6.407/2,3 = 2,78 i2 = ih2/ia = 3.362/2,3 = 1,46 i3 = ih3/ia = 1,805/2,3 = 0,78 i4 = ih4/ia = 1.213/2,3 = 0,52 i6 = ih6/ia = 0,845/2,3 = 0,367 iR = ihR/ia = 5.873/2,3 = 2,55

- Số răng của các bánh răng trên trục trung gian với giả thuyết chúng cùng môđun và góc nghiêng

𝑚 𝑛 (1 + 𝑖 𝑖 ) Vậy: z1 = 19 răng z2 = 28 răng z3 = 38 răng z4 = 44 răng z6 = 52 răng zlùi = 20 răng

- Để triệt tiêu lực dọc trục, cần phải tính lại góc nghiêng răng của các bánh răng a,2,3,4,6

Để tính lại số răng của bánh răng trên trục trung gian, ta có các thông số sau: βa = 14,176 0 (cặp răng luôn ăn khớp), β1 = 12,873 0 (cặp răng số 1), β2 = 18,613 0 (cặp răng số 2), β3 = 24,564 0 (cặp răng số 3), β4 = 27,889 0 (cặp răng số 4), β6 = 32,024 0 (cặp răng số 6), và βR = 0 0 (răng thẳng) Các giá trị này sẽ được sử dụng để xác định số răng của bánh răng trên trục trung gian một cách chính xác.

𝑚 𝑛 (1 + 𝑖 𝑖 ) Vậy: za = 24 răng z1 = 22 răng z2 1 răng z3 = 40 răng z4 = 45 răng z6 = 51 răng zlùi = 23 răng

- Tính lại số răng của các bánh răng trên trục thứ cấp zi’= ii.zi

Vậy: za’= 55 răng z1’= 57 răng z2’= 46 răng z3’= 32 răng z4’= 25 răng z6’= 17 răng z’lùi = 57

- Tính lại chính xác tỉ số truyền ii ia= 55/24 = 2,3 i1= 57/22 = 2,6 i2= 46/31 = 1,484 i3= 32/40 = 0,8 i4= 25/45 = 0,56 i6= 17/51 = 0,33 ilùi = 57/23 = 2,48

- Tính lại tỉ số truyền hộp số Ihi

𝑧 𝑎 𝑧 𝑖 Vậy: ih1 = 5,94 ih2 = 3,4 ih3 = 1,83 ih4 = 1,27 ih6 = 0,76 ilùi = 5,68

Xác định kích thước hình học của các bánh răng

3.4.1 Kích thước hình học của cặp bánh răng luôn ăn khớp

Tên gọi Ký hiệu Giá trị

Môđun pháp tuyến mn 3,75 mm

Bước pháp tuyến tn 11,78 mm tn = m.π

Mô đun mặt đầu mS 3,87 mm 𝑚 𝑠 = 𝑚 𝑛

Bước mặt đầu tS 12,15 mm 𝑡 𝑠 = 𝑡 𝑛

𝑐𝑜𝑠𝛽 Đường kính vòng tròn chia d 93 mm 213 mm d = 𝑧.𝑚

𝑐𝑜𝑠𝛽 Đường kính vòng đỉnh Dd 100,5 mm 220,5 mm

𝐷 𝑑 = 𝑑 + 2 𝑚 Đường kính vòng đáy Dc 83,625 mm

Chiều rộng vành răng B 29 mm (7~8,6) 𝑚 𝑠

Góc ăn khớp ở tiết 𝛼 𝑛 20 o tan𝛼 𝑛 = 𝑡𝑎𝑛𝛼

3.4.2 Kích thước hình học của cặp bánh răng tay số 1

Bước pháp tuyến tn 11,78 mm

Mô đun mặt đầu mS 3,85 mm

Bước mặt đầu tS 12,08 mm Đường kính vòng tròn chia d 85 mm 219 mm Đường kính vòng đỉnh Dd 92,5 mm 226,5 mm Đường kính vòng đáy Dc 75,625 mm 209,625 mm

Chiều rộng vành răng B 29 mm

Góc ăn khớp ở tiết diện pháp tuyến

Bước mặt đầu tS 12,95 mm Đường kính vòng tròn chia d 165 mm

132 mm Đường kính vòng đỉnh Dd 172,5 mm 139,5 mm Đường kính vòng đáy Dc 155,625 mm 122,625 mm

3.4.7 Kích thước hình học của các bánh răng tay số lùi

Công thức Bánh răng chủ động

Bánh răng trung gian số lùi

Bước pháp tuyến tn tn = 3,5  = 11,78

Mô đun mặt đầu mS ms = 3,75/Cos(0)= 3,75

Bước mặt đầu tS ts= ms  = 11,78 Đường kính vòng tròn chia d

86 79 214 Đường kính vòng đỉnh Dd

93,5 86,5 221,5 Đường kính vòng đáy Dc

Thiết kế và tính toán bộ đồng tốc

Hiệu quả của đồng tốc được đo bằng thời gian đồng tốc (tc), tức là thời gian cần thiết để đạt được tốc độ đồng đều giữa các phần cần nối Điều này xảy ra khi người lái tác động lên đòn điều khiển với lực cho phép và áp suất trên các bề mặt ma sát phải nằm trong giới hạn quy định Đồng thời, đồng tốc cũng cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nhất định.

- Không cho phép gài số khi các phần cần nối chưa đồng tốc

- Không bị kẹt dính các bề mặt ma sát và bề mặt hãm trong quá trình làm việc

Vì vậy, khi tính toán đồng tốc có các nhiệm vụ chính sau:

Để đảm bảo hiệu quả yêu cầu trong quá trình đồng tốc, cần xác định các kích thước cơ bản, bao gồm thời gian đồng tốc tc và tuổi thọ cần thiết Những chỉ tiêu này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất và độ bền của hệ thống.

- Đánh giá qua giá trị áp suất

- Công trượt riêng trên bề mặt

Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, cần xác định các thông số kết cấu, chú ý đến việc tránh tình trạng kẹt dính giữa các bề mặt ma sát và bề mặt hãm trong mọi điều kiện sử dụng.

3.5.2 Sơ đồ tính đồng tốc

 góc nghiêng của mặt côn ma sát rms bán khính ma sát trung bình β góc nghiêng của bề mặt hãm rβ bán kính trung bình mặt hãm

3.5.3 Trình tự tính toán đồng tốc

Để xác định các kích thước cơ bản của đồng tốc, cần thiết lập mối quan hệ giữa các thông số kích thước và các chỉ tiêu làm việc của nó Quy trình này bao gồm việc phân tích và thiết lập các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của đồng tốc.

- Viết phương trình chuyển động cho khối lượng quán tính Jb khi chuyển số, với giả các thiết:

Trong điều kiện nhiệt độ bình thường, ảnh hưởng của lực cản do dầu bôi trơn đến sự giảm tốc độ góc của bánh răng là không đáng kể.

Tốc độ của ô tô trong thời gian chuyển số được duy trì ổn định Nghiên cứu cho thấy giả thiết này là hợp lý khi sức cản tổng cộng của đường nhỏ hơn hoặc bằng 0,15 và thời gian đồng tốc không vượt quá 1,0 giây.

Jb.idt 2.dw/dt = Mms

Tích phân phương trình 5.1 nhận được:

Mms: mô men ma sát của đồng tốc(Nm) ác định theo công thức:

Hệ số ma sát (μ), góc côn của bề mặt ma sát (α), bán kính trung bình của bề mặt ma sát (rms), và lực chiều trục (Q) tác dụng lên bề mặt ma sát là những yếu tố quan trọng Lực Q được tạo ra bởi người lái khi tác động lên đòn điều khiển.

Trong hệ thống truyền động, lực tác dụng lên đòn điều khiển (Pđk) được đo bằng đơn vị Newton (N) Tỷ số truyền từ đòn điều khiển đến nạng gạt đồng tốc và hiệu suất dẫn động tương ứng được ký hiệu là iđk và ηđk Tỷ số truyền từ trục sơ cấp đến bánh răng cần gài, được gọi là iđt, cũng chính là tỷ số truyền của tay số cần gài trong hộp số, tức là idt = ihk Tốc độ của trục cần nối trước khi chuyển số được ký hiệu là ωa, trong khi tốc độ của bánh răng cần gài đặt trên nó là ωb (rad/s).

b = e/ihk  1 ở đây: ihk, ihk  1: tỷ số truyền tay số cần gài và tay số đang làm việc(cần nhả) của hộp số

Khi chuyển số, tốc độ góc của trục khuỷu động cơ (rad/s) thay đổi theo từng chế độ hoạt động Cụ thể, khi tăng số từ thấp lên cao, giá trị tốc độ góc nằm trong khoảng e = (0,75  0,85) Ngược lại, khi giảm số từ cao xuống thấp, tốc độ góc sẽ đạt mức e = (0,9  1,0) Trong đó, N là tốc độ góc của trục khuỷu tương ứng với công suất tối đa của động cơ.

N = .nN/30 (rad/s) nN = 3200 (vg/ph) theo đề bài cho

Jb: mô men quán tính qui dẫn, được xác định như sau:

Jb = Jlh + Jsc + Jtgiak -2 + Jhi.ihi -2 + Jsl.isl -2

Trong đó: Jlh, Jsc,Jtg: mô men quán tính đĩa bị động ly hợp, trục sơ cấp hộp số, trục trung gian và bánh răng lắp trên nó;

Jhi, Jsl là mô men quán tính của bánh răng ở tay số thứ i, được đặt trên trục thứ cấp, trong khi bánh răng hay khối bánh răng số lùi luôn ăn khớp với trục trung gian Các tỷ số truyền iak, ihi, isl của cặp bánh răng dẫn động trục trung gian cũng luôn ăn khớp với tay số thứ i của hộp số, từ trục so cấp đến bánh răng hay khối bánh răng số lùi Sau khi biến đổi, ta xác định được công thức rms = ωe.Jb.idt².sinα |1/ihk ± 1 - 1/ihk| / (μ.tc.Pđk.iđk.ηđk) để xác định sơ bộ các kích thước chính của đồng tốc Trong quá trình tính toán, có thể thừa nhận các giả thiết nhất định.

- Đối với cặp ma sát thép - đồng thau:  = 0,06  0,1; chọn:  = 0,06;

 = 6 0  7 0 ; chọn:  = 7 0 Để đảm bảo điều kiện tránh kẹt dính các bề mặt ma sát, góc  không được nhỏ hơn góc ma sát, tức là: min  arctg()

- Pđk: lấy theo qui định: Pđk = 60(N);

- iđk = 1,5  2,5; đk = 0,85  0,95 chọn iđk = 1,8; đk = 0,9

Thời gian đồng tốc tc: tc = 0,15  0,3 (cho các tay số cao) tc = 0,5  0,8 (cho các tay số thấp)

Mô men quán tính của đĩa bị động ly hợp:

Jlh1: mô men quán tính phần xương của ly hợp

Đường kính ngoài của đĩa bị động ly hợp (D2) bị giới hạn bởi đường kính bánh đà của động cơ, và thường được xác định sơ bộ dựa trên công thức kinh nghiệm.

Memax 0 (Nm) mô men xoắn cực đại của động cơ c - hệ số kinh nghiệm c = 3,6

3,6 = 49 (cm) = 490 (mm) Xác định bán kính cong trong R1: bán kính trong R1 và bán kính ngoài R2 không

Sự chênh lệch bán kính lớn giữa 53 và các yếu tố khác dẫn đến tốc độ trượt không đồng nhất, gây ra hiện tượng mòn không đều ở vòng ma sát từ trong ra ngoài.

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	2,19 MB
File đính kèm	file Word + CAD.rar (8 MB)