Tính toán trục các đăng 20 Trang 4 LỜI NÓI ĐẦUSự phát triển của ngành ô tô có những bước chuyển biến mạnh mẽ vàokhoảng giữa thập kỷ 70-80 của thế kỷ XX và tiếp tục phát triển ở mức độ c
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ KHÍ Ơ TƠ 🙡 ✪ 🙣 THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU VÀ TÍNH TỐN Ơ TƠ Tên đề tài: Thiết kế truyền động đăng ô tô Sinh viên: LÊ HỒNG LẬP MSV: 171303009 Lớp: Cơ khí ô tô - K58 Phương án: GV hướng dẫn: TS Phạm Tất Thắng Hà Nội 1/2021 Trường ĐHGTVT Lê Hồng Lập - Lớp: CKOTO2-K58 TKMH kết cấu tính tốn tơ Trường ĐHGTVT TKMH kết cấu tính tốn tơ MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU CHƯƠNG I: CƠ SỞ THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG CÁC ĐĂNG 1.1 Những vấn đề chung truyền động đăng 1.1.1 Công dụng 1.1.2 Phân Loại 1.1.3 Yêu cầu 1.2 Khớp đăng khác tốc 1.2.1 Động học khớp đăng khác tốc 1.2.3 Biện pháp giải vấn đề đồng tốc sử dụng khớp đăng khác tốc 1.3 Khớp đăng đồng tốc 1.3.1 Nguyên tắc kết cấu khớp đăng đồng tốc 1.3.2 Kết cấu khớp đăng đồng tốc 10 1.4 Số vòng quay nguy hiểm trục đăng 11 1.5 Bố trí truyền động đăng ô tô 13 1.6 Giới thiệu phương án thiết kế 15 CHƯƠNG II: TÍNH TỐN THIẾT KẾ 2.1 Xác định mơ men tính tốn số vịng quay trục đăng 2.1.1 Mơ men tính tốn 2.1.2 Số vịng quay lớn trục đăng 2.1.3 Tính tốn số vịng quay nguy hiểm 2.2 Xác định số trục, chiều dài góc nghiêng trục 2.2.1 Xác định chiều dài lớn cho phép đăng 2.2.2 Xác định số trục - số đoạn đăng 2.3 Xây dựng sơ đồ bố trí truyền động đăng 2.4 Tính tốn trục đăng 2.4.1 Tính tốn khớp trượt trục 2.4.2 Tính tốn kiểm tra bền trục đăng 2.5 Tính tốn khớp đăng 2.5.1 Tính tốn trục chữ thập đăng 2.5.2 Tính tốn nạng đăng 16 16 16 17 17 17 17 19 19 20 20 22 25 25 27 KẾT LUẬN 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 Lê Hoàng Lập - Lớp: CKOTO2-K58 Trường ĐHGTVT TKMH kết cấu tính tốn tơ LỜI NĨI ĐẦU Sự phát triển ngành tơ có bước chuyển biến mạnh mẽ vào khoảng thập kỷ 70-80 kỷ XX tiếp tục phát triển mức độ cao Những hướng phát triển tơ giai đoạn là: hoàn thiện cải tạo hệ thống tơ truyền thống tìm nguồn lượng mới, tăng cường cải tiến kết cấu, khả tự động hóa nhờ sử dụng chương trình máy tính tinh vi xử lý hệ thống chuẩn đoán kỹ thuật giúp cho người sử dụng khai thác tơ giảm nhẹ lao động, nhanh chóng phát hư hỏng để xử lý TKMH kết cấu tính tốn tơ đề cập đến nội dung sau: - Cơ sở thiết kế truyền động đăng: trình bày khái niệm, cấu tạo-kết cấu, phân loại - Tính tốn thiết kế đăng: Xác định thông số ảnh hưởng tới làm việc đăng, tính tốn khả chịu lực chịu momen xoắn đăng Xin trân thành cảm ơn đến thầy TS.Phạm Tất Thắng hướng dẫn để hoàn tất thiết kế môn học này! Người thực Lập Lê Hoàng Lập Lê Hoàng Lập - Lớp: CKOTO2-K58 Trường ĐHGTVT TKMH kết cấu tính tốn tơ CHƯƠNG I: CƠ SỞ THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG CÁC ĐĂNG 1.1 Những vấn đề chung truyền động đăng 1.1.1 Công dụng Muốn truyền chuyển động từ trục sang trục khác mà góc độ giao hai trục thay đổi q trình chạy xe dùng khớp nối trục đăng Khớp nối trục đăng liên kết với trục đăng thành tổ hợp gọi truyền động đăng Vậy truyền động đăng để truyền momen xoắn trục hai cụm mà đường tâm trục không nằm đường vị trí tương đối cụm thay đổi q trình tơ hoạt động Ngồi truyền động đăng làm cho dễ dàng tháo lắp cụm, cấu truyền lực 1.1.2 Phân Loại Ta có nhiều cách phân loại truyền động đăng có trục đăng khớp đăng - Theo tính chất động học ta có: khớp đăng khác tốc, khớp đăng đồng tốc - Theo số khớp đăng có loại: đơn, kép, loại nhiều khớp - Theo khả bao kín có loại: kín, hở - Trục đăng: trục đặc, trục rỗng 1.1.3 Yêu cầu Truyền động đăng phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Ở bắt kỳ tốc độ nào, truyền động đăng phải đảm bảo truyền momen khơng có dao động, va đập, khơng có tải trọng động lớn momen quán tính gây - Các đăng quay êm dịu, rung, khơng có tượng cộng hưởng - Hiệu suất truyền động cao, kết cấu gọn, chắn - Thay đổi chiều dài trục đăng góc lệch truyền động momen xoắn Lê Hoàng Lập - Lớp: CKOTO2-K58 Trường ĐHGTVT TKMH kết cấu tính tốn tơ 1.2 Khớp đăng khác tốc 1.2.1 Động học khớp đăng khác tốc Trên hình 1.1 sơ đồ hai vị trí cấu đăng giúp ta nghiên cứu động học khớp đăng đơn giản Hình 1.1 Hai vị trí cấu đăng a: Vị trí độ; b: vị trí 90 độ Xét tốc độ tiếp tuyến điểm C, chuyển động bị chi phối hai trục nên: 𝑉𝑐 = 𝑤1 𝑟1 = 𝑤2 𝑟2 𝑟1, 𝑟2 Là khoảng cách điểm c đến tâm trục 𝑤1, 𝑤2 Tốc độ góc trục Điều kiện cần thiết để 𝑤1 = 𝑤2là 𝑟1 = 𝑟2tức 𝐴𝐶 𝑠𝑖𝑛β1 = 𝑏𝑐 𝑠𝑖𝑛β2về mặt kết cấu bảo đảm OA=OB muốn thỏa mãn yêu cầu đồng tốc nêu điểm C luôn phải nằm mặt phẳng phân giác hai đường tâm trục AOB Trên thực tế chuyển động cấu đăng đơn giản α 𝑜 sau lần quay 90 điểm C từ vị trí bên mặt phẳng phân giác α bên Như cấu đăng đơn giản khơng đảm bảo đồng tốc Ta tìm quy tắc khác tốc, giáo trình nguyên lý máy chức minh công thức biểu thị quan hệ động học đăng đơn giản: chuyển sang vị trí Lê Hoàng Lập - Lớp: CKOTO2-K58 Trường ĐHGTVT TKMH kết cấu tính tốn tơ (1.1) 𝑡𝑔φ1 = 𝑡𝑔φ2 𝑐𝑜𝑠α Trong đó: φ1, φ2: góc quay trục chủ động bị động : góc giao hai trục α Đồ thị hình 1.2 biểu thị quan hệ lệch pha hai trục Nếu xét vòng quay 360 độ trục chủ động có hai lần trục bị động quay chậm hai lần quay nhanh Đạo hàm biểu thức (1.1) theo thời gian: 𝑐𝑜𝑠 φ1 𝑑φ1 𝑑𝑡 𝑑φ1 = 𝑐𝑜𝑠α 𝑑𝑡 = 𝑤1, 𝑤2 𝑤1 𝑑φ2 𝑐𝑜𝑠 φ2 𝑑φ2 𝑑𝑡 = 𝑤2thay vào (1.2) 𝑑𝑡 (1.2) 𝑐𝑜𝑠 φ2 = (1.2) 𝑐𝑜𝑠α.𝑐𝑜𝑠 φ2 Coi φ2là hàm φ1và αta có: 𝑡𝑔φ2 = 𝑡𝑔φ1 hay 𝑐𝑜𝑠α 𝑠𝑖𝑛φ2 𝑐𝑜𝑠φ2 = 𝑡𝑔φ1 (1.2) 𝑐𝑜𝑠α Bình phương hai vế lấy nghịch đảo biến đổi lượng giác ta được: (1.3) 2 𝑐𝑜𝑠 φ1 = 𝑐𝑜𝑠 α 2 𝑡𝑔 φ1.𝑐𝑜𝑠 α Thay (1.3) vào (1.2) rút gọn ta được: 𝑤2 𝑤1 = (1.4) 𝑐𝑜𝑠α 2 𝑠𝑖𝑛 φ1+𝑐𝑜𝑠 α.𝑐𝑜𝑠 φ1 Lê Hoàng Lập - Lớp: CKOTO2-K58 Trường ĐHGTVT TKMH kết cấu tính tốn tơ Ta kết luận: - Nếu 𝑤1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡thì 𝑤2biến thiên theo góc φ1có nghĩa biến thiên theo thời gian xuất gia tốc góc gây tải trọng động 𝑜 𝑜 𝑜 - Khi φ1 = , 180 , 360 =𝐾 Πthì tỉ số tốc độ góc hai trục đạt giá trị cực đại 𝑤 ( 𝑤2 ) 𝑜 (1.5) 𝑐𝑜𝑠α = 𝑚𝑎𝑥 𝑜 - Khi φ1 = 90 , 279 , =(2𝐾 + 1) Π/2thì tỉ số tốc độ góc hai trục đạt giá trị cực tiểu 𝑤 ( 𝑤2 ) (1.6) = 𝑐𝑜𝑠α 𝑚𝑖𝑛 Từ (1.4) ta viết: 𝑤1−𝑤2 𝑤1 = 2 𝑠𝑖𝑛 φ1+𝑐𝑜𝑠 α.𝑐𝑜𝑠 φ1−𝑐𝑜𝑠α 2 (1.6) 𝑠𝑖𝑛 φ1+𝑐𝑜𝑠 α.𝑐𝑜𝑠 φ1 Và quy luật biến thiên biểu thị hình 1.3 Hình 1.2 Đồ thị biểu thị mối quan hệ Hình 1.3 Đồ thị biến thiên tốc độ lệch pha hai trục góc trục bị động 1.2.2 Kết cấu khớp đăng khác tốc Lê Hoàng Lập - Lớp: CKOTO2-K58 Trường ĐHGTVT TKMH kết cấu tính tốn tơ Hình 1.4 Cấu tạo khớp đăng khác tốc Trục; 2,6 Nạng đăng; Vú mỡ; Trục chữ thập; Bu lơng điều chỉnh; Vịng đệm; Vòng hãm; Viên bi kim; 10 Nắp vòng bi; 11 Bu lông bắt chặt; 12,13 Nắp đậy 1.2.3 Biện pháp giải vấn đề đồng tốc sử dụng khớp đăng khác tốc Để đảm đảm vấn để đồng tốc truyền truyền momen thường áp dụng đăng kép Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo cấu đăng kép Nếu α1 = α2thì biện pháp đồng tốc đăng, góc lệch có ảnh hưởng đến điều kiện làm việc truyền lực đăng Có nhiều cách bố trí đăng kép cách bố trí góc lệch nhỏ bố trí tốt + Truyền động đăng kép: Trong số trường hợp trục đăng dài dễ gây dao động tốc độ quay cao, đồng thời số vòng quay lắn trục đăng tỉ lệ nghịch với chiều dài trục nên cần dùng truyền động ba khớp có ổ bi đỡ trung gian + Nếu α13 = α23 ln ln có φ1 = φ2 Đây biện pháp đơn giản để giải vấn đề đồng tốc truyền lực đăng Góc lệch α có ảnh hưởng đến điều kiện làm việc truyền lực đăng Có nhiều cách bố trí đăng kép, cách thu nhỏ góc lệch α cách bố trí Lê Hồng Lập - Lớp: CKOTO2-K58 Trường ĐHGTVT TKMH kết cấu tính tốn tơ tốt Có hai cách bố trí hình sau đây: Hình 1.6 Bố trí trục đăng với khớp đăng khác tốc ô tô Trục 1,3 phải song song với + Trục 1,3 giao ( Với điều kiện góc lệch trục với trục 1, mặt phẳng đầu nạng trục nằm mặt phẳng có dấu lắp ráp) + Với trục đăng dài, đoạn trung gian thường có gối treo trục lên khung xe + Biện pháp giảm góc α thường dùng đặt khối lượng động li hợp, hộp số chúc phía sau, cịn truyền lực lại đặt ngỏng lên 1.3 Khớp đăng đồng tốc 1.3.1 Nguyên tắc kết cấu khớp đăng đồng tốc Hình 1.7 Sơ đồ khớp đăng đồng tốc Khớp đăng có tỉ số truyền trục khớp đồng tốc (tốc độ trục thứ cấp luôn trục sơ cấp: ω1 = ω2) Các khớp đăng Lê Hoàng Lập - Lớp: CKOTO2-K58 Trường ĐHGTVT TKMH kết cấu tính tốn ô tô η2:Hiệu suất truyền lực từ đăng đến bánh xe chủ động (chọn =0,98) 2.1.2 Số vòng quay lớn trục đăng 𝑛𝑚𝑎𝑥 = Với: 𝑛𝑒𝑚𝑎𝑥 𝑖ℎ𝑛.𝑖𝑝 =4150 (v/ph) 𝑛𝑒𝑚𝑎𝑥: Số vòng quay lớn động (4150 v/ph), 𝑖ℎ𝑛: Tỷ số truyền số cao (𝑖ℎ𝑛 = 1) 𝑖𝑝: Tỷ số truyền hộp số phụ (𝑖𝑝 = 1) 2.1.3 Tính tốn số vịng quay nguy hiểm 𝑛𝑡 = β 𝑛𝑚𝑎𝑥= 4980 (V/ph) Với: β: Hệ số an toàn (1,2-2)-chọn β = 1, 𝑛𝑚𝑎𝑥: Số vòng quay lớn trục đăng 2.2 Xác định số trục, chiều dài góc nghiêng trục 2.2.1 Xác định chiều dài lớn cho phép đăng Theo điều kiện số vòng quay nguy hiểm trục đăng 𝐿𝑚𝑎𝑥 = Với: 12 10 2 𝐷 +𝑑 =1,3941 (m) 𝑛𝑡 𝑛𝑡: Số vòng quay nguy hiểm trục đăng (𝑛𝑡=4980 v/ph) D,d: Đường kính ngồi, trục đăng (D=0,059m; d=0.055m) Để xác định D, d phải tính theo điều kiện bền xoắn sau: 𝑊𝑡 = Lê Hoàng Lập - Lớp: CKOTO2-K58 𝑀𝑡 τ𝑥 = 9,555 (𝑐𝑚 ) 17 Trường ĐHGTVT Với: TKMH kết cấu tính tốn tơ 𝑀𝑡: Mơ men tính tốn (𝑀𝑡 = 955, 𝑁 𝑚) τ𝑥: Ứng suất xoắn (chọn =100 Mpa) Tra bảng 2.1 chọn đường kính d=55mm, độ dày tơn ống δ=2mm, đường kính ngồi xác định 𝐷 = 𝑑 + 2δ= 59mm Mx (Nm) ứng suất xoắn Kích thước thành phần Mơ men chống Đường Độ dày kính tơn ống δ d (mm) (mm) 45 2.5 8.44 46 2.5 55 xoắn Wτ (cm3) Mơ men qn tính quanh τ (MPa) 100 ÷ 120 25 ÷ 55 (MPa) (MPa) 21.1 844-1000 211-464 8.81 22.46 881-1050 220-484 2.0 9.87 29.13 977-1180 247-543 55 2.5 12.47 37.4 1247-1500 312-686 55 3.5 17.82 55.23 1782-2140 445-979 63 3.5 23.16 81.06 2316-2780 579-1273 66 2.0 14.12 49.43 1412-1700 353-776 71 1.6 12.97 48.11 1297-1560 324-712 71 1.8 14.63 54.57 1463-1750 366-805 71 2.0 16.30 61.14 1630-1950 407-895 71 2.1 17.15 64.48 1715-2060 429-943 71 2.2 17.99 67.83 1799-2180 450-990 71 2.5 20.54 78.05 2054-2460 513-1128 71 3.0 24.84 95.63 2484-2980 621-1366 82 2.5 27.26 118.6 2726-3280 621-1367 82 3.0 32.93 144.9 3293-3950 621-1368 82 3.5 38.67 172.1 3867-4640 621-1369 82 4.0 44.51 200.3 4451-5340 621-1370 94 3.5 50.51 255.1 5051-6050 621-1371 94 4.0 58.08 296.2 5808-6950 621-1372 100.5 6.0 101.50 571 10150-12200 621-1373 Lê Hoàng Lập - Lớp: CKOTO2-K58 tâm Jτ (cm4) 18 Trường ĐHGTVT TKMH kết cấu tính tốn tơ 104 4.0 70.75 396.3 7076-8500 621-1374 104 4.5 80.03 452.2 8003-9600 621-1375 104 5.0 89.40 509.5 8940-10700 621-1376 Bảng 2.1 Kích thước mặt cắt ngang ống trục đăng khả chịu tải chúng (Trang 231[1]) 2.2.2 Xác định số trục - số đoạn đăng 𝐿𝑘𝑚𝑎𝑥 𝐾 = Với: 𝐿𝑚𝑎𝑥 = 0,9684 ≃1 (đoạn) 𝐿𝑘𝑚𝑎𝑥: Khoảng cách từ hộp số (hoặc hộp phân phối) đến trục chủ động (𝐿𝑘𝑚𝑎𝑥=1,35 m) 𝐿𝑚𝑎𝑥: Độ dài tối đa cho phép trục đăng (𝐿𝑚𝑎𝑥 =1,3941 m) 2.3 Xây dựng sơ đồ bố trí truyền động đăng a) Lựa chọn sơ đồ truyền động b) Xác định chiều dài trục Chiều dài lớn trục đăng ứng với trạng thái hệ thống treo trả hết hành trình: 𝐿𝑡𝑚𝑎𝑥 = 𝐿𝑘𝑚𝑎𝑥=1,35 (m) Chiều dài nhỏ trục đăng ứng với trạng thái hệ thống treo nén hết hành trình: 𝐿𝑡𝑚𝑖𝑛 = 2 𝐿𝑡𝑚𝑎𝑥 − 𝐻𝑚𝑎𝑥 + 𝐻𝑚𝑖𝑛=1,3287 (m) Lê Hoàng Lập - Lớp: CKOTO2-K58 19