Tính toán kết cấu ô tô đề tài tính toán thiết kế kết cấu ô tô toyota innova g 2 0 mt 2010

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC ---o0o--- BÀI BÁO CÁO GIỮA KỲ MÔN HỌC PHẦN: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ Đề tài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC -o0o -

BÀI BÁO CÁO GIỮA KỲ MÔN HỌC PHẦN: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ

Đề tài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU Ô TÔ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC -o0o -

BÀI BÁO CÁO GIỮA KỲ MÔN HỌC PHẦN: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ

Đề tài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU Ô TÔ

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC NHÓM

Nội dung chương 2; 3.2; 4 Kiểm tra, duyệt bài, chỉnh sửa báo cáo

Tốt

2 Nguyễn Thành Đạt 20107911 Nội dung phần 1; 3.1; 3.4 Tốt

5 Nguyễn Đặng Thanh Thái 20108571 Nội dung phần 3.3; 5; 6 Tốt

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

LỜI CẢM ƠN

Chúng em chân thành biểu đạt lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy ThS Trần Anh Sơn và trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM - Khoa Công Nghệ Động Lực đã dành cho chúng em sự quan tâm và hỗ trợ tận tình trong suốt quá trình học tập môn Tính toán Kết cấu Ô tô

Dưới sự hướng dẫn của Thầy Trần Anh Sơn, chúng em đã được trang bị những kiến thức chắc chắn về cấu tạo, động học và động lực học các chi tiết của hệ thống khung gầm ô tô, từ

ly hợp, hộp số cho đến truyền động các đăng/bán trục Sự sâu sắc và nhiệt huyết mà Thầy mang lại qua các bài giảng đã giúp chúng em hiểu biết rõ hơn về lĩnh vực này và sẵn sàng áp dụng vào thực tiễn trong tương lai

Nhóm chúng em cũng xin bày tỏ sự biết ơn đến tất cả các Quý Thầy Cô, đã chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm và ý kiến đóng góp quý báu, giúp chúng em hoàn thiện hơn trong quá trình học tập và rèn luyện

Mặc dù chúng em nhận thức được còn nhiều hạn chế và sai sót trong bài báo cáo này, những sự hỗ trợ và động viên từ phía Thầy Cô và bạn bè sẽ giúp chúng em vượt qua và tiến

bộ hơn trong tương lai

Một lần nữa, chân thành cảm ơn ThS.Trần Anh Sơn và toàn thể cộng đồng giảng viên trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM - Khoa Công Nghệ Động Lực

NHÓM CHÚNG EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!

Mục lục 1.Tính và chọn tỷ số truyền hộp số dọc 5 cấp có 1 số OD _ 1

1.1.Tỷ số truyền số 1: 1 1.1.Tỷ số truyền các số trung gian 2

2.Tính số răng của cặp bánh răng số (số 1, 2, 3, 4, 5) thỏa tỷ số truyền hộp số _ 3

2.1.Khoảng cách giữa các tru ̣c 3 2.2.Chọn mô – đun pháp tuyến và góc nghiêng của bánh răng 3 2.3.Xác định số răng của các bánh răng 3

3.Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe sang số

1-3, 2-4, 4-5, 5-1-3, 4-2, 2-1, ly hợp không ly khi gài số, bộ đồng tốc bị hỏng) 6

3.1.Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 1 với tốc độ 30 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 3, bộ đồng tốc bị hỏng) 6 3.2.Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 2 với tốc độ 40 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 4, bộ đồng tốc bị hỏng) 7 3.3.Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 4 với tốc độ 60 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 5, bộ đồng tốc bị hỏng) 8 3.4Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 5 với tốc độ 80 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 3, bộ đồng tốc bị hỏng) 9 3.5.Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 4 với tốc độ 50 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 2, bộ đồng tốc bị hỏng) 10 3.6.Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 2 với tốc độ 30 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 1, bộ đồng tốc bị hỏng) 11

4.Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp đóng ly hợp êm dịu nhất 12

4.1.Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp đóng ly hợp êm dịu nhất (Giả sử di chuyển tay số 2 với tốc độ 40 km/h trên đường nhựa tốt, đạp ly hợp gài số 3) 12

6.Xác định kích thướt (𝐑𝟏, 𝐑𝟐) của đĩa ma sát ly hợp thỏa điều kiện bền theo áp suất cho phép _ 17 7.Xác định đường kính trục các đăng (D, d) theo số vòng quay nguy hiểm và ứng suất xoắn _ 19

7.1.Theo số vòng quay nguy hiểm: 19

7.2.Theo ứng suất xoắn: 20

8.Kiểm nghiệm bền trục các đăng theo ứng suất xoắn và góc xoắn 21 8.1.Kiểm nghiệm bền theo ứng suất xoắn: 21

8.2.Kiểm nghiệm bền theo góc xoắn: 21

9.Thiết kế đường kính trục bán trục thỏa điều kiện bền (chọn hệ số dư bền 2,5) 22 9.1.Trường hợp 1 (Lực X đạt giá trị cực đại 𝐗𝐢 = 𝐗𝐦𝐚𝐱) 22

9.2.Trường hợp 2 (Lực Y đạt giá trị cực đại 𝐘𝐢 = 𝐘𝐦𝐚𝐱) 23

9.3.Trường hợp 3 (Lực Z đạt giá trị cực đại 𝐙𝐢 = 𝐙𝐦𝐚𝐱) 23

9.4.Trường hợp 1 (Lực X đạt giá trị cực đại 𝐗𝐢 = 𝐗𝐦𝐚𝐱) 24

9.5.Trường hợp 2 (Lực Y đạt giá trị cực đại 𝐘𝐢 = 𝐘𝐦𝐚𝐱) 25

9.6.Trường hợp 3 (Lực Z đạt giá trị cực đại 𝐙𝐢 = 𝐙𝐦𝐚𝐱) 25

10.Kiểm nghiệm bền bán trục 26 10.1.Trường hợp 1 (Lực X đạt giá trị cực đại 𝐗𝐢 = 𝐗𝐦𝐚𝐱) 26

10.2.Trường hợp 2 (Lực Y đạt giá trị cực đại 𝐘𝐢 = 𝐘𝐦𝐚𝐱) 27

10.3.Trường hợp 3 (Lực Z đạt giá trị cực đại 𝐙𝐢 = 𝐙𝐦𝐚𝐱) 27

11.Tài liệu tham khảo _ 28

THÔNG SỐ KỸ THUẬT

Số vòng quay ứng với

Hệ số cản lăn đối với xe du lịch: f = 0,15

Hệ số cản tổng cộng của mặt đường tác dụng lên bánh xe:

ψmax = f cos α + sin α = 0,15 cos 21° + sin 21° ≈ 0,5

Mô-ment xoắn cực đại của động cơ: Memax = 186 (N m) tại 4000 (vòng/phút)

Ô tô du lịch hiệu suất truyền lực: ηt = 0,93

Tỷ số truyền lực chính:

io =π rbx nemax

30 ihn vmax Trong đó:

Số vòng quay cực đại: nemax = λ nN (vòng/phút)

Số vòng quay ứng với công suất cực đại: nN = 5600 (vòng/phút)

Vì xe sử dụng động cơ xăng: λ = 1,1 nên

nemax= λ nN = 1,1.5600 = 6160 (vòng/phút)

Vì xe Innova có số dọc 5 cấp số và số truyền số cao nhất nên ta chọn: ihn = 0,85

Vận tốc cực đại của xe: vmax = 170 (km/h) = 47,22(m/s)

Tỷ số truyền lực chính io cùng với tỷ số truyền cao nhất ihn được xác định theo tốc độ cực đại của xe vmax

io = π nemax rbx

30 ihn vmax =

π 6160.0,330.0,85.47,22= 4,82

Tỷ số truyền được xác định theo điều kiện bám:

ih1 ≥ G ψmax rbx

Memax io ηt ip =

21300.0,5.0,3186.4,82.0,93.1 = 3,83 (1) Theo điều kiện bám:

ih1 ≤ Gφ φ rbx

Memax io ηt

Hệ số bám: φ = 0,7 ÷ 0,8 ta chọn φ = 0,8

Vì xe du lịch trọng tâm xe nằm ở giữa nên: Gφ = Gcd = 0,5 G

Chọn hệ số phân bố tải lên cầu chủ động: mcd = 1,2 ÷ 1,35 ta chọn mcd = 1,3

Từ (1) và (2) theo điều kiện kéo và điều kiện bám ta có: 3,83 ≤ ih1≤ 3,98

Vậy ta chọn ih1 = 3,9

1.2 Tỷ số truyền các số trung gian

Vì xe Innova hộp số dọc 5 cấp có số OD với số 4 là số truyền thẳng: ih4= 1

Xe du lịch xác định tỉ số truyền trung gian cấp số điều hòa:

13,9)

2 Tính số răng của cặp bánh răng số (số 1, 2, 3, 4, 5) thỏa tỷ số truyền hộp số

2.1 Khoa ̉ ng cách giữa các tru ̣c

Xe ô tô du li ̣ch ta chọn hê ̣ số kinh nghiê ̣m: C = 13

A = C √M3 emax = 13 √1863 = 74,21 (mm)

2.2 Cho ̣n mô – đun pháp tuyến và góc nghiêng của bánh răng

Mô-đun pháp tuyến của xe du lịch: m = 2,25 ÷ 3

Góc nghiêng của bánh răng đối với xe du lịch: β = 22 ÷ 34

Chọn mô-đun và góc nghiên của từng tay số:

2.3 Xác định số răng của các bánh răng

Theo kinh nghiệm, số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp

được chọn: Z1 = 16 (răng) và cho ̣n sơ bô ̣ Za = 13 (răng)

Tỷ số truyền của că ̣p bánh răng gài số 01:

Ta có: Za= 13 (răng) chọn ban đầu: Za′ = ia Za= 2,09.13 = 27,17 (răng)

chọn Za′ = 28 (răng)

Tỷ số truyền của các cặp bánh răng gài số:

igi =ihi

ia

+ Tay số 02:

ig2 =ih2

ia =

2,102,09 = 1 + Tay số 03:

ig3 =ih3

ia =

1,402,09 = 0,670 + Tay số 04:

ig4 =ih4

ia =

12,09 = 0,478 + Tay số 05:

ig5 =ih5

ia =

0,852,09 = 0,407

Số răng của các bánh răng trên trục trung gian và thứ cấp được xác định:

Zi = 2A cos βi

mi(1 + igi)

Zi′ = Zi igi + Tay số 02:

3 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe sang số 1-3, 2-4, 4-5, 5-3, 4-2, 2-1, ly hợp không ly khi gài số, bộ đồng tốc bị hỏng)

3.1 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển

ở tay số 1 với tốc độ 30 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 3, bộ đồng tốc bị hỏng)

ωa= v

rbx io =

8,330,3 4,82 = 133,84 (rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp:

ωb = v

rbx io ih1=

8,330,3 4,82.3,9 = 521,96 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 3:

3.2 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển

ở tay số 2 với tốc độ 40 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 4, bộ đồng tốc bị hỏng)

ωa= v

rbx io =

11,110,3 4,82 = 178,5(rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp:

ωb = v

rbx io ih2=

11,110,3 4,82.2,10 = 374,85(rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 4:

3.3 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển

ở tay số 4 với tốc độ 60 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 5, bộ đồng tốc bị hỏng)

ωa= v

rbx io =

16,670,3 4,82 = 267,83(rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp:

ωb = v

rbx io ih4=

16,670,3 4,82.1 = 267,83 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 5:

P5 r5 t = Ja(Jm+ Jl) ih5 (ωb − ωa ih5)

(Jm+ Jl) ih52 + Ja = 8,25 (1,5 + 0,022) 0,85 (267,83 − 267,83.0,85)

(1,5 + 0,022) 0,852+ 8,25 = 45,86 (Nms)

3.4 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển

ở tay số 5 với tốc độ 80 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 3, bộ đồng tốc bị hỏng)

ωa= v

rbx io =

22,220,3 4,82 = 357 (rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp:

ωb = v

rbx io ih5=

22,220,3 4,82.0,85 = 303,45 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 3:

3.5 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển

ở tay số 4 với tốc độ 50 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 2, bộ đồng tốc bị hỏng)

ωa= v

rbx io =

13,890,3 4,82 = 223,17 (rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp:

ωb = v

rbx io ih4=

13,890,3 4,82.1 = 223,17 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 2:

3.6 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển

ở tay số 2 với tốc độ 30 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 1, bộ đồng tốc bị hỏng)

ωa= v

rbx io =

8,330,3 4,82 = 133,84 (rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp:

ωb = v

rbx io ih2=

8,330,3 4,82.2,1 = 281,05 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 1:

4 Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp đóng ly hợp êm dịu nhất

4.1 Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp đo ́ ng ly hợp êm dịu nhất (Giả sử di chuyển tay số 2 với tốc độ 40 km/h trên đường nhựa tốt, đạp ly hợp gài số 3)

Công trượt của ly hợp êm dịu:

Hệ số cản không khí đối với xe du lịch: K = 0,25 (Nms2/s4)

Xe di chuyển trên đường bằng: α = 0, Pi = 0

Xe di chuyển trên đường có hệ số cản lăn: f = 0,015

Ô tô du lịch hiệu suất truyền lực: ηt = 0,93

Kích thướt tổng thể bên ngoài (DxRxC): 4,580x1,770x1,745 (m)

Diện tích cản chính diện: F = 0,8 Bo H = 0,8.1,770.1,745 = 2,47 (m2)

Vận tốc khi xe di chuyển: v = 30 (km/h) = 8,33 (m/s)

Hệ số cản tổng cộng của mặt đường tác dụng lên bánh xe:

ψ = f cos α + sin α = 0,015 cos 0° + sin 0° = 0,015

Vận tốc góc của đông cơ:

ωm= v

rbx io ih2 =

8,330,3 4,82.2,1 = 281,05 (rad/s) Vận tốc góc quy dẫn về trục ly hợp:

ωb = v

rbx io ih3=

8,330,3 4,82.1,4 = 187,37 (rad/s) Moment cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp:

Mb =[(Go + Gm)ψ + K F v2]rbx

ih3 ip io ηt =

(21300.0,015 + 0,25.2,47 8,332) 0,3

1,4.1.4,82.0,93 = 17,32 (Nm)

Moment quán tính quy dẫn về trục ly hợp:

Ly hợp hoạt động trong điều kiện êm dịu nhất khi và chỉ khi: to = t1+ t2 = 2,5

t2 = A

√k=

28,08

√139,67 = 2,365 (s) Công trượt trong trường hợp êm dịu là:

Hệ số cản không khí đối với xe du lịch: K = 0,25 (Nms2/s4)

Xe di chuyển trên đường bằng: α = 0, Pi = 0

Xe di chuyển trên đường có hệ số cản lăn: f = 0,015

Ô tô du lịch hiệu suất truyền lực: ηt = 0,93

Kích thướt tổng thể bên ngoài (DxRxC): 4,580x1,770x1,745 (m)

Diện tích cản chính diện: F = 0,8 Bo H = 0,8.1,770.1,745 = 2,47 (m2)

Vận tốc khi xe di chuyển: v = 60 (km/h) = 16,67 (m/s)

Hệ số cản tổng cộng của mặt đường tác dụng lên bánh xe:

ψ = f cos α + sin α = 0,015 cos 0° + sin 0° = 0,015

Vận tốc góc của đông cơ:

ωm = v

rbx io ih5=

16,670,3 4,82.0,85 = 227,66 (rad/s) Vận tốc góc quy dẫn về trục ly hợp:

ωb = v

rbx io ih4=

16,670,3 4,82.1 = 267,83 (rad/s) Moment cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp:

Mb =[(Go + Gm)ψ + K F v2]rbx

ih4 ip io ηt =

(21300.0,015 + 0,25.2,47 16,672) 0,3

1.1.4,82.0,93 = 32,87 (Nm)

Moment quán tính quy dẫn về trục ly hợp:

5 Tính công trượt trong trường hợp kiểm nghiệm bền

Công trượt trong trường hợp kiểm nghiệm bền là công trượt trong trường hợp xe đứng

yên Nên ta có ωm = ωM và ωb = 0

Xe đang ở trạng thái đứng yên nên: v = 0; Pj = 0

Giả sử xe đứng yên trên đường nằm ngang: Pi = 0

Hệ số cản lăn trên đường có hệ số cản lăn: f = 0,015

Mb = G f rbx

io ih1 ηt =

21300.0,015.0,34,82.3,9.0,93 = 5,48 (Nm) Moment quán tính của bánh đà quy dẫn trên trục thứ cấp:

t2 = A

√k =

21,31

√76,98= 2,429 (s)

Vậy công trượt trong trường hợp kiểm nghiệm bền sẽ là:

6 Xác định kích thướt (𝐑𝟏, 𝐑𝟐) của đĩa ma sát ly hợp thỏa điều kiện bền theo áp suất cho phép

Moment ma sát của ly hợp:

Ml = β Memax = 1,5.186 = 279 (Nm)

Hệ số dự trữ của ly hợp đối vơi xe du lịch: β = 1,3 ÷ 1,75 chọn β = 1,5

Ngoài ra phương trình moment ma sát còn viết dưới dạng:

2790,3 23 [R2

3 − (0,75 R2)3

R22 − (0,75 R2)2] 2

= 100 103π [R22− (0,75 R2)2]

R2 = 0,157 (m); R1 = 0,75 R2 = 0,75.0,157 = 0,118 (m)

7 Xác định đường kính trục các đăng (D, d) theo số vòng quay nguy hiểm và ứng suất xoắn

7.1 Theo số vòng quay nguy hiểm:

Số vòng quay ứng với công suất cực đại: nN = 5600 (vòng/phút)

Vì xe sử dụng động cơ xăng: λ = 1,1 nên

Số vòng quay nguy hiểm của trục: nt = (1,2 ÷ 2)nmax Ta chọn

Xe du lịch Innova 2010 thiết kế trục các đăng có điểm tựa đặt tự do trong các điểm tựa Theo bảng công thức (5.1): Công thức tính số vòng quay nguy hiểm nt:

nt = 15,3 104√D

2+ d2

l2 (6) Thay (5) vào (6) ta được:

7.2 Theo ứng suất xoắn:

Khi làm việc 2 trục sẽ chịu xoắn, uốn, kéo (hoặc nén)

Chọn góc lệch: α = 6°

Moment chống xoắn của trục các đăng:

Wx =π (D

4− d4)16D (m

3) Giá trị cho phép ứng suất xoắn: τ = 100 ÷ 300 (MN/m2) chọn τ = 100 (MN/m2) Chọn hệ số dư bền là 2 ⇒ Ứng suất tới hạn τ = 50 (MN/m2)

Giả thiết bề dày thành trụ rỗng δ = 1,85 ÷ 2,5 (mm) chọn δ = 2 (mm) = 2 10−3 (m)

δ =D − d

2 = 2 10

−3 (m) ⇒ d = D − 2δ (7) Ứng suất xoắn tại trục các đăng: