Thiết kế môn học kết cấu và tính toán ô tô tên đề tài thiết kế truyền động các đăng trên ô tô

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

BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ - ✪ -

THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN Ô TÔ Tên đề tài: Thiết kế truyền động các đăng trên ô tô

GV hướng dẫn: TS Phạm Tất Thắng

MỤC LỤC

1.1 Những vấn đề chung về truyền động các đăng 4

1.3.1 Nguyên tắc kết cấu khớp các đăng đồng tốc 91.3.2 Kết cấu khớp các đăng đồng tốc 101.4 Số vòng quay nguy hiểm trục các đăng 111.5 Bố trí truyền động các đăng trên ô tô 131.6 Giới thiệu phương án thiết kế 15

2.1 Xác định mô men tính toán và số vòng quay trục các đăng 16

2.1.2 Số vòng quay lớn nhất của trục các đăng 172.1.3 Tính toán số vòng quay nguy hiểm 172.2 Xác định số trục, chiều dài và góc nghiêng của trục 172.2.1 Xác định chiều dài lớn nhất cho phép của các đăng 172.2.2 Xác định số trục - số đoạn các đăng 192.3 Xây dựng sơ đồ bố trí truyền động các đăng 19

LỜI NÓI ĐẦU

Sự 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 cao.Những hướng chính về phát triển ô tô trong giai đoạn hiện nay là: hoàn thiện vàcải tạo cơ bản hệ thống ô tô truyền thống như tìm nguồn năng lượng mới, tăngcường cải tiến kết cấu, khả năng tự động hóa nhờ sử dụng các chương trình máytính tinh vi xử lý và hệ thống chuẩn đoán kỹ thuật giúp cho người sử dụng khaithác ô tô giảm nhẹ lao động, nhanh chóng phát hiện hư hỏng để xử lý

TKMH kết cấu tính toán ô tô này đề cập đến nội dung sau:

- Cơ sở thiết kế truyền động các đăng: trình bày những khái niệm, cấutạo-kết cấu, phân loại

- Tính toán thiết kế các đăng: Xác định các thông số ảnh hưởng tới sự làmviệc của các đăng, tính toán khả năng chịu lực chịu momen xoắn của cácđăng

Xin trân thành cảm ơn đến thầy TS.Phạm Tất Thắng đã hướng dẫn để

hoàn tất thiết kế môn học này!

Người thực hiện

Lập

Lê Hoàng Lập

CHƯƠNG I: CƠ SỞ THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG CÁC ĐĂNG1.1 Những vấn đề chung về truyền động các đăng

1.1.1 Công dụng

Muốn truyền chuyển động từ một trục này sang một trục khác mà góc độgiao nhau của hai trục đó thay đổi trong quá trình chạy xe thì dùng khớp nối trụccác đăng Khớp nối trục các đăng liên kết với trục các đăng thành tổ hợp gọi làtruyền động các đăng

Vậy truyền động các đăng để truyền momen xoắn giữa các trục của haicụm mà đường tâm trục không nằm trên một đường và vị trí tương đối của cáccụm thay đổi trong quá trình ô tô hoạt động

Ngoài ra truyền động các đăng còn làm cho dễ dàng tháo lắp các cụm, cơcấu truyền lực

- Theo số khớp các đăng có loại: đơn, kép, loại nhiều khớp

- Theo khả năng bao kín có loại: kín, hở

- Trục các đăng: trục đặc, trục rỗng

1.1.3 Yêu cầu

Truyền động các đăng phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Ở bắt kỳ tốc độ nào, truyền động các đăng phải đảm bảo truyền momenkhông có những dao động, va đập, không có tải trọng động lớn do momenquán tính gây ra

- Các đăng quay êm dịu, ít rung, không có hiện tượng cộng hưởng

- Hiệu suất truyền động cao, kết cấu gọn, chắc chắn

- Thay đổi được chiều dài của trục các đăng và góc lệch khi truyền độngmomen xoắn

1.2 Khớp các đăng khác tốc

1.2.1 Động học khớp các đăng khác tốc

Trên hình 1.1 là sơ đồ hai vị trí của cơ cấu các đăng giúp ta nghiên cứu về

động học của khớp các đăng đơn giản

Hình 1.1 Hai vị trí của cơ cấu các đăng

Là khoảng cách của điểm c đến tâm các trục

𝑟

1, 𝑟

2

Tốc độ góc của các trục𝑤

Đồ thị hình 1.2 biểu thị quan hệ lệch pha của hai trục Nếu xét một vòng

quay 360 độ của trục chủ động 1 thì có hai lần trục bị động quay chậm hơn vàhai lần quay nhanh hơn Đạo hàm biểu thức (1.1) theo thời gian:

1𝑐𝑜𝑠2φ

thời gian và do đó xuất hiện gia tốc góc gây ra tải trọng động.

- Khiφ = thì tỉ số tốc độ góc hai trục đạt giá trị cực

1 = 0𝑜, 180𝑜, 360𝑜 𝐾 Πđại

( 𝑤𝑤21

( 𝑤𝑤21

1+𝑐𝑜𝑠2α.𝑐𝑜𝑠2φ

1

(1.6)

Và quy luật biến thiên biểu thị trên hình 1.3

Hình 1.2 Đồ thị biểu thị mối quan hệ

lệch pha giữa hai trục.

Hình 1.3 Đồ thị biến thiên của tốc độ

góc trục bị động

1.2.2 Kết cấu khớp các đăng khác tốc

Hình 1.4 Cấu tạo của khớp các đăng khác tốc

1 Trục; 2,6 Nạng các đăng; 3 Vú mỡ; 4 Trục chữ thập;

5 Bu lông điều chỉnh; 7 Vòng đệm; 8 Vòng hãm; 9 Viên bi kim;

10 Nắp vòng bi; 11 Bu lông bắt chặt; 12,13 Nắp đậy

1.2.3 Biện pháp giải quyết vấn đề đồng tốc khi sử dụng khớp các đăng khác tốc

Để đảm đảm vấn để đồng tốc khi truyền truyền momen thì thường áp dụng cácđăng kép

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo cơ cấu các đăng kép

Nếu α thì đây là biện pháp đồng tốc các đăng, góc lệch có ảnh hưởng đến

+ Nếu α thì chúng ta luôn luôn có Đây là một biện pháp

13 = α

1 = φ

2

đơn giản để giải quyết vấn đề đồng tốc trong truyền lực các đăng Góc lệch α

có ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của truyền lực các đăng Có nhiều cách

bố trí các đăng kép, nhưng cách nào thu nhỏ được góc lệch là cách bố tríα

tốt Có hai cách bố trí như hình sau đây:

Hình 1.6 Bố trí trục các đăng với khớp các đăng khác tốc trên ô tô

Trục 1,3 phải song song với nhau

+ Trục 1,3 giao nhau ( Với điều kiện khi góc lệch của trục 2 với trục 1, 3 lànhư nhau và mặt phẳng các đầu nạng của trục 2 cùng nằm trên một mặtphẳng có dấu lắp ráp)

+ Với các trục các đăng dài, đoạn trung gian 2 thường có gối đã treo trục lênkhung xe

+ Biện pháp giảm góc α thường dùng là đặt cả khối lượng động cơ li hợp, hộp

số chúc về phía sau, còn truyền lực chính lại đặt ngỏng lên

đồng tốc thường được sử dụng trong dẫn động các bánh xe chủ động trongtrường hợp hệ thống treo độc lập, chúng có thể đảm bảo góc nghiêng giữa cáctrục tới 50° Nguyên tắc cơ bản của khớp này là điểm truyền lực luôn luôn nằmtrên mặt phẳng phân giác của góc giao giữa 2 trục.

Dựa trên cơ sở 1 bộ truyền bánh răng côn có kích thước hình học giống nhauhoàn toàn ăn khớp truyền mômen dưới một góc lệch nào đó Giả sử hai bánhrăng ăn khớp tại điểm tiếp xúc P, điều kiện đồng tốc khi điểm P phải:

+ Nằm trong mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi hai đường trục của hai bánhrăng

+ Khoảng cách từ điểm P đến hai đường trục của hai bánh răng là bằng nhau.Phổ biến dùng loại bi Tại chỗ truyền lực có đặt các viên bi cầu Các viên biphải nằm giữa phần chủ động và bị động

Để giữ cho nó nằm nguyên vị trí có các biện pháp sau:

+ Các viên bị tự định vị trên rãnh cong

+ Dùng vòng định vị

1.3.2 Kết cấu khớp các đăng đồng tốc

a) Khớp các đăng kiểu bi Rzeppa

Khớp các đăng kiểu bi Rzeppa được sử dụng rộng rãi trên xe con có cầuphụ thuộc hoặc treo độc lập

Hình 1.8 Cấu tạo khớp các đăng đồng tốc kiểu bi Rzeppa

1 Trục chủ động; 2 Viên bi; 3 Vỏ bao kín; 4 Vòng cách; 5 Ống dẫn bi;

6 Trục chủ động; 7 Nạng bị động; 8 Rãnh bi ngoài 9 Rãnh bi trong

b) Khớp các đăng kiểu ba chạc (tripot)

Hình 1.9 Cấu tạo khớp các đăng đồng tốc kiêu ba chạc

1 Nạng chủ động; 2 Con lăn; 3 Chạc ba; 4 Nạng bị động

Thân bao hình trụ nổi với phần trục chủ động bằng then hoa Trục bị độnglắp then hoa với một chạc ba và được cố định nhờ hai vành hãm Trên các đầutrục của chạc ba bố trí các con lăn với hình bao con lăn dạng cầu Con lăn vừaquay trên trục và vừa di chuyển dọc theo trục Các con lăn bị hạn chế khôngchạy ra ngoài bởi gờ cao trên rãnh của thân bao hình trụ Toàn bộ khớp được bọctrong một vỏ bọc cao su đàn hồi

1.4 Số vòng quay nguy hiểm trục các đăng

Trong lý thuyết dao động người ta thường xét đến hiện tượng cộng hưởng

ở những trục dài và quay với một tốc độ nào đó Đối với ô tô trục các đăng thuộcvào loại nói trên Do khi chế tạo có sai số, việc cân bằng thiếu chính xác nênkhối lượng của trục phân bố không đều và trọng tâm của nó bị lệch đi đoạn là e

so với đường tâm của trục Khi quay sẽ gây ra lực ly tâm và làm cho trục có độvõng y

C - Hệ số xét đến ảnh hưởng của gối tựa

E - Mô Đun đàn hồi (N.m-1)

J - Mômen quán tính của tiết diện trục (𝑚4)

l - Chiều dài của trục (m)

m - Khối lượng của trục (kg)

Để nâng cao giá trị vòng quay nguy hiểm nhằm tăng tốc độ chạy xe phảigiảm chiều dài l bằng cách phân thành các đoạn các đăng trung gian và các đăngchính còn trục các đăng làm rỗng

Đối với loại trục các đăng hở nằm tự do ở các gối tựa, chiều dài được thừanhận là khoảng cách giữa các tâm điểm của khớp nối các đăng

Khi chọn kích thước của trục các đăng cần tính đến hệ số dự trữ theo số vòngquay nguy hiểm:

𝑛𝑡

𝑛𝑚𝑎𝑥 = 1, 2 − 2, 0Trong đó : 𝑛 – Số vòng quay cực đại của trục các đăng ứng với tốc độ lớn

𝑚𝑎𝑥

nhất của xe ô tô (v/ph)

1.5 Bố trí truyền động các đăng trên ô tô

Một số phương án bố trí truyền lực các đăng từ hộp số đến truyền lựcchính với cách vị trí nối then hoa với nhau

Hình 1.11 Bố trí trên xe có công thức bánh xe 4x2

1 Hộp số; 2 Trục các đăng; 3 Khớp trượt và giá đỡ;

4 Trục các đăng; 5 TLC-VS

10 Trục các đăng từ hộp phân phối ra cầu trước; 11 TLC-VS cầu trước

1.6 Giới thiệu phương án thiết kế

Trong bản thuyết minh nay đề cập đến tính toán các thông số của trục cácđăng: Xác định chiều dài lớn nhất của một trục các đăng, đường kính trong,đường kính ngoài, tính toán bền của trục chữ thập, rồi đưa ra phương án lắp ráp,lắp đặt

Thiết kế truyền động các đăng trên ô tô tải nhẹ, động cơ diesel với các số liệusau:

Nemax

(HP)

nN(v/ph)

Memax(Nm)

nM(v/ph)

Ga1(N)

Ga2(N)

ih1 ih2 ih3

83 1150 195 2400 10300 19200 4,90 3,29 2,21

ih4 ih5 ihR i0 Bánh Lmax Hmax Hmin

1,49 1,00 3,96 4,20 5.0-12 1350 240 22

Trình tự tính toán thiết kế:

Bước 1: Xác định momen tính toán và số vòng quay trục các đăng

Bước 2: Xác định số trục, chiều dài và góc nghiêng của các trục

Bước 3: Xây dựng sơ đồ bố trí truyền động các đăng

Bước 4: Tính toán trục các đăng

Bước 5: Tính toán trục chữ thập, nạng các đăng

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ2.1 Xác định mô men tính toán và số vòng quay trục các đăng

2.1.1 Mô men tính toán

𝑒𝑚𝑎𝑥

Tỉ số truyền ở tay số một của hộp số𝑖

ℎ1:Hiệu suất truyền từ động cơ đến các đăng (chọn =1)η

1:Xác định 𝑀

: Bán kính động lực học bánh xe ( vì xe có ký hiệu lốp là𝑟

𝑏𝑥

5-12 nên ta có

𝑟

-𝑏𝑥 = (122 + 5) 25, 4 0, 935 = 261, 239𝑚𝑚 = 0, 2612𝑚 Chọn hệ số biến dạng lốp =0,935)

Tỷ số truyền lực chính𝑖

𝑜:

Hiệu suất truyền lực từ các đăng đến bánh xe chủ động (chọnη

𝑝 = 1

2.1.3 Tính toán số vòng quay nguy hiểm

= 4980 (V/ph)𝑛

2.2 Xác định số trục, chiều dài và góc nghiêng của trục

2.2.1 Xác định chiều dài lớn nhất cho phép của các đăng

Theo điều kiện số vòng quay nguy hiểm của trục các đăng

Với: 𝑀 : Mô men tính toán ( )

𝑡 = 955, 5 𝑁 𝑚: Ứng suất xoắn (chọn =100 Mpa)τ

Mô men quán tính quanh tâm Jτ (cm 4 )

Mx (Nm) khi ứng suất xoắn

τ (MPa) Đường

kính trong

d (mm)

Độ dày tôn ống δ (mm)

100 ÷ 120 (MPa)

25 ÷ 55 (MPa)

2.3 Xây dựng sơ đồ bố trí truyền động các đăng

a) Lựa chọn sơ đồ truyền động

b) Xác định chiều dài trục

Chiều dài lớn nhất của trục các đăng ứng với trạng thái hệ thống treo trảhết hành trình:

=1,35 (m)𝐿

Với: 𝐿 : Khoảng cách từ hộp số (hoặc hộp phân phối) đến trục

𝑚𝑖𝑛

=0,022 m)𝐻

+Góc lệch nhỏ nhất của trục ứng với trạng thái hệ thống treo nén hết hành trình:

-Với𝐻 = 0,022m; =1,35m

𝑚𝑖𝑛 𝐿

𝑡𝑚𝑎𝑥

2.4 Tính toán trục các đăng

2.4.1 Tính toán khớp trượt của trục

a) Chọn, tính các thông số của then hoa

Mối ghép then hoa răng thân khai

+ Đường kính danh nghĩa D: 30mm

+ Khi hệ thống treo trả hết hành trình ứng với (Lmax)

+ Khi hệ thống treo nén hết hành trình ứng với (Lmin)

2.4.2 Tính toán kiểm tra bền trục các đăng

a Kiểm tra bền trục theo xoắn

Trục các đăng được tính bền theo momen xoắn, ứng suất xoắn dưới tácdụng của momen lớn nhất, khi xét đến sự quay không đều của trục bị động thì

+ Ứng suất tiếp:

=101,6157 ( )τ

- Chọn vật liệu tạo nên các đăng có

→ Modun đàn hồi trượt: G =8 1010(𝑁/𝑚2)

=3,9193 (độ)

θ = (180 𝑀

2𝑚𝑎𝑥 𝐿)/(Π 𝐽

𝑥 𝐺)

Với: L-Chiều dài trục các đăng (L=1,35m)

G-Modun đàn hồi trượt-Góc xoắn tính theo độθ

-Momen quán tính của tiết diện trục các đăng được xác định:𝐽

b Kiểm tra bền của then hoa khớp trượt theo ứng suất dập

Ứng suất dập của khớp trượt then hoa lớn nhất khi chiều dài then nhỏ nhấthay hệ thống treo dãn hết hành trình Ứng suất dập trên răng của then hoa được

ψ = (0, 7 − 0, 8)

mặt làm việc của răng, thường lấy ψ = 0, 75

-Bán kính trung bình của then hoa

𝑟

𝑡𝑏

)𝑟

𝑡𝑏 = 0, 5 𝑚 𝑧 = 0, 5 3 8 = 12𝑚𝑚 = 0, 012𝑚

l- chiều dài làm việc của răng

h-chiều cao của răng(h=3mm=0,003m)

- Ứng suất bền dậpσ

Vật ta có các thông số của khớp trượt các đăng như sau:

Chiều dài khớp trượt nhỏ nhất:𝑙 ;

𝑚𝑖𝑛 = 128, 4 𝑚𝑚

Chiều dài khớp trượt lớn nhất:

;𝑙

0 = 8𝑚𝑚,

2.5 Tính toán khớp các đăng

2.5.1 Tính toán trục chữ thập các đăng

a Xác định các thông số cơ bản

Các thông số của trục chữ thập các đăng được chọn theo ổ bi kim, trên xe

nguyên mẫu được xác định l, dc, R, dl

0,025m 0,018m 0,004m 0,042

b Tính toán kiểm tra bền trục theo uốn, cắt và chèn dập

Vì𝑀 nên lực P được tính theo

𝑐𝑑 ≤ 80 𝑀𝑁/𝑚2Trong đó: F- Diện tích tiết diện của ngõng chịu lực được xác định:

R a c b h

b Tính toán kiểm tra bền nạng theo uốn và xoắn

Dưới tác dụng của lực P, tại tiết diện A-A sẽ xuất hiện ứng suất uốn vàxoắn

- Lực P truyền qua bi và tác dụng lên nạng:

Với:𝑊 - modun chống uốn của tiết diện tại mặt cắt A-A, được xác định

Với:𝑊 - Momen chống xoắn của chi tiết tại mặt cắt A-A

𝑥

𝑊

𝑥 = 𝐾 ℎ 𝑏2 0, 258 0, 05 0, 0182 4, 1796 10−6 (𝑚3)(Chọn hệ số K=0,258 )

Một số kích thước khớp các đăng

KẾT LUẬN

Qua việc tính toán thiết kế truyền động các đăng của ô tô con:

- Bộ các đăng theo thiết kế đạt tiêu chuẩn về độ bền

- Các chi tiết như trục chữ thập, nạng các đăng đạt tiêu chuẩn về độ bền

Qua việc tính toán thiết kế môn học này giúp em hiểu rõ về bản chất, nguyên lýhoạt động của hệ thống truyền động các đăng và hình thành được cách tư duythiết kế một cụm chi tiết trên ôtô, trang bị thêm kiến thức phục vụ cho công việcsau này Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Phạm Tất

Thắng, người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình làm thiết kế mônhọc cùng toàn thể các thầy giáo trong bộ môn cơ khí ô tô trường Đại học Giaothông Vận tải Em xin chân thành cảm ơn !

TÀI LIỆU THAM KHẢO[1] А И Гришкевич, Б У Бусел, Г Ф Бутисов, В А Ваауло, И В.Каноник, П А Молибошко, О С Руктешель, Л Е Таубес, Проектированиетрансмиссий автомобилей, Справочник/Под общ ред А И Гришкевича -

М, Издательство Машиностроение, 1984

[2] Sổ tay thiết kế cơ khí tập 2