TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ TOYOTA RUSH 1.5G MT 2018

YÊU CẦU CỦA TIỂU LUẬN 100% Trong học phần “Tính toán kết cấu ô tô”, Sinh viên tra thông số kỹ thuật của 1 dòng xe hộp số cơ khí dẫn động cầu sau và thực hiện những yêu cầu sau: 1. Tính và lựa chọn tỷ số truyền hộp số dọc 5 cấp có 1 số OD. 2. Tính số răng của cặp bánh răng số (số 1, 2, 3, 4, 5) thỏa tỷ số truyền hộp số. 3. Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi sang số 12, 23, 35, 54, 43, 31, ly hợp KHÔNG LY khi gài số, bộ đồng tốc số bị hỏng). 4. Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp đóng ly hợp êm dụi nhất (khi sang số 13, 53). 5. Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp kiểm nghiệm bền. 6. Xác định kích thước (R1, R2) của đĩa ma sát của ly hợp thỏa điều kiện bền theo áp suất cho phép. 7. Xác định đường kính trục các đăng (D, d) (theo số vòng quay nguy hiểm; ứng suất xoắn). 8. Kiểm nghiệm bền trục các đăng theo ứng suất xoắn và góc xoắn. 9. Thiết kế đường kính trục bán trục thỏa điều kiện bền (chọn hệ số dư bền 3). 10. Kiểm nghiệm bền bán trục.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

THÀNH

YÊU CẦU CỦA TIỂU LUẬN

Trong học phần “Tính toán kết cấu ô tô”, Sinh viên tra thông số kỹ

thuật của 1 dòng xe hộp số cơ khí dẫn động cầu sau và thực hiện những

yêu cầu sau:

1 Tính và lựa chọn tỷ số truyền hộp số dọc 5 cấp có 1 số OD

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

3 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số

(khi sang số 1-2, 2-3, 3-5, 5-4, 4-3, 3-1, ly hợp KHÔNG LY khi gài số,

bộ đồng tốc số bị hỏng)

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

(khi sang số 1-3, 5-3)

5 Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp kiểm nghiệm bền

6 Xác định kích thước (R1, R2) của đĩa ma sát của ly hợp thỏa điều

kiện bền theo áp suất cho phép

7 Xác định đường kính trục các đăng (D, d) (theo số vòng quay nguy

hiểm; ứng suất xoắn)

8 Kiểm nghiệm bền trục các đăng theo ứng suất xoắn và góc xoắn

9 Thiết kế đường kính trục bán trục thỏa điều kiện bền (chọn hệ số dư bền 3)

10 Kiểm nghiệm bền bán trục

Thông số kỹ thuật: Toyota Rush 1.5G MT 2018

Bài làm

Câu 1: Tính và lựa chọn tỷ số truyền hộp số dọc 5 cấp có một số OD

- Bán kính làm việc của bánh xe chủ động được xác định theo công thức sau:

+ 𝑖ℎ𝑛 – Tỷ số truyền của hộp số ở số cao nhất

Đối với hộp số có số OD: 𝑖ℎ𝑛 = 0,65 ÷ 0,85 Chọn 𝑖ℎ𝑛 = 0,85 (lí do chọn)

+ 𝑛𝑒 𝑚𝑎𝑥 – Số vòng quay lớn nhất của động cơ

+ 𝑟𝑏𝑥 – Bán kính làm việc của bánh xe (m)

+ 𝑛𝑁 – Số vòng quay của động cơ tương ứng với công suất lớn nhất

Đối với động cơ phun xăng: 𝜆 = 1,1 ÷ 1,3 Chọn 𝜆 = 1,1 (lí do chọn)

- Theo điều kiện kéo, tỷ số truyền 𝑖ℎ1được xác định theo công thức sau:

+ 𝑖0 – Tỷ số truyền của truyền lực chính

+ 𝜂𝑡 - Hiệu suất của hệ thống truyền lực

+ 𝑀𝑒 𝑚𝑎𝑥- Momen cực đại của động cơ (N.m)

- Đối với trọng lượng bám 𝐺𝜑 được xác định theo công thức sau:

- Trong đó:

+ 𝐺𝑐𝑑 – Trọng lượng phân bố lên các cầu chủ động (N)

+ 𝑚𝑐𝑑 – Hệ số phân bố lại tải lên cầu chủ động, 𝑚𝑐𝑑 = 1,2 ÷ 1,35 Chọn 𝑚𝑐𝑑 =1,35 (lí do chọn)

- Theo điều kiện bám và vận tốc nhỏ nhất, tỷ số truyền 𝑖ℎ1được xác định theo công thức sau:

15,18)

- Tỷ số truyền của các cặp bánh răng luôn ăn khớp:

- Tỷ số truyền của các cặp bánh răng gài số:

𝑖𝑔2=𝑖ℎ2

𝑖𝑎 =2,278 2,824= 0,806

𝑖𝑎 =

0,85 1,894= 0,3

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

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

- Vận tốc góc trục thứ cấp: 𝜔𝑎 =𝑣.𝑖0

𝑟 𝑏𝑥 =

15 3,6 5,34 0,321 = 69.314 rad/s

- Vận tốc góc trục thứ cấp: 𝜔𝑎 =𝑣.𝑖0

𝑟 𝑏𝑥 =

30 3,6 5,34 0,321 = 138,6 rad/s

- Phương trình xung lượng khi không tách ly hợp gài số 4:

- Vận tốc góc trục sơ cấp: 𝜔𝑏 =𝑣.𝑖0 𝑖ℎ4

𝑟 𝑏𝑥 =

60 3,6 5,34 1,074 0,321 =297,775 (rad/s)

- Vận tốc góc trục thứ cấp: 𝜔𝑎 =𝑣.𝑖0

𝑟 𝑏𝑥 =

60 3,6 5,34 0,321 = 277.258 rad/s

- Phương trình xung lượng khi không tách ly hợp gài số 5:

- Vận tốc góc của trục ly hợp:

𝑟𝑏𝑥 𝑖0 𝑖ℎ3 =

8,330,321 5,34.1,46 = 202,317(𝑟𝑎𝑑/𝑠)

- Moment cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp:

- Vận tốc góc của trục khuỷu:

𝑟𝑏𝑥 𝑖0 𝑖ℎ5 =

22,220,321 5,34.0,85 = 314,194(𝑟𝑎𝑑/𝑠)

- Vận tốc góc của trục ly hợp:

𝑟𝑏𝑥 𝑖0 𝑖ℎ3 =

22,220,321 5,34 1,46 = 539,676(𝑟𝑎𝑑/𝑠)

- Moment cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp:

Câu 5: Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp kiểm nghiệm bền

- Kiểm nghiệm bền: xe đứng yên trên đường bằng và gài số 1 ➔ sự trượt lớn nhất

- Ô tô đứng yên nên 𝜔𝑏 = 0

- Ô tô trên đường bằng nên 𝑃𝑖 = 0, 𝑃𝜔 = 0, 𝑃𝑗 = 0

- Ta khảo xát xe trên đường nhựa tốt nên chọn f = 0,01

➔𝑡0 = 𝑡1+ 𝑡2 = 0,032 + 1,428 = 1,46 ∈ (1,1 ÷ 2,5) nên thỏa điều kiện 𝑡0

- Công trượt của toàn bộ ly hợp:

+ [q] – áp suất cho phép Chọn 180

+ 𝑃 – Lực ép lên các đĩa ly hợp (N)

- Theo công thức Momen ma sát của li hợp:

+ 𝛽- Hằng số dự trữ của ly hợp

+Đối với xe du lịch: 𝛽 = 1,3 ÷ 1,75.Nên chọn 𝛽 = 1,5

+ 𝑀𝑒 𝑚𝑎𝑥 – Momen động cơ cực đại (N.m)

- Thay 𝑅𝑡𝑏 ≈ 0,881𝑅2 vào công thức (2), ta được:

-Thay (3) vào công thức (1), ta được:

Vậy chọn R2 = 11,6 (cm) và R1 = 0,75.R2 = 0,75.11,6 = 8,7 (cm)

Câu 7: Xác định đường kính trục các đăng (D, d) (theo số vòng quay nguy hiểm

và ứng suất xoắn)

a) Xác định đường kính trục các đăng theo số vòng quay nguy hiểm:

- Xác đinh số vòng quay cực đại 𝑛𝑚𝑎𝑥 của trục các đăng ứng với tốc độ lớn nhất của xe:

𝑛𝑚𝑎𝑥 =𝑛𝑒𝑚𝑎𝑥

𝑖ℎ𝑛 𝑖𝑝 =

66000,85.1 = 7764,706 (

𝑣

𝑝)

Trong đó:

+ 𝑛𝑒 𝑚𝑎𝑥 – Số vòng quay lớn nhất của động cơ

+ 𝑖ℎ𝑛 - tỉ số truyền số cao nhất của hộp số chính (≤ 1)

+ 𝑖𝑝 - tỉ số truyền số cao nhất của hộp số phụ

- Xác định số vòng quay nguy hiểm của trục:

- Momen chống xoắn nhỏ nhất của trục các đăng, với hệ số dư bền 2 và lấy 1

2 ứng suất xoắn tới hạn:

Câu 8 Kiểm nghiệm bền trục các đăng theo ứng suất xoắn và góc xoắn

a) Kiểm nghiệm bền trục các đăng theo góc xoắn:

- Giá trị góc xoắn của trục các đăng:

𝜃 = 180

𝜋 .

𝑀𝑒 𝑚𝑎𝑥 𝑖ℎ1 𝑖𝑝 𝑙

𝐺 𝐽𝑥 𝑐𝑜𝑠𝛼 (°) Trong đó:

+ 𝐽𝑥 - là momen quán tính của tiết diện khi xoắn (N.m)

Đối với trục rỗng:

𝐽𝑥 = 𝜋

32 (𝐷4− 𝑑4) = 3,14

32 ((0,0508)4− (0,0468)4) = 1,83 10−7(𝑁 𝑚) + G - là modun đàn hồi khi xoắn với G = 8 1010 𝑁/𝑚2

139 5,18 1.1,3

8 1010 1,83 10−7 𝑐𝑜𝑠3° = 3,67° Vậy 𝜃 = 3,67° mà [𝜃] = 3° ÷ 9° nên thỏa điều kiện cho phép

b) Kiểm nghiệm bền trục các đăng theo ứng suất xoắn:

- Giá trị ứng suất xoắn cực đại của trục các đăng:

𝜏 = 𝑀𝑒 𝑚𝑎𝑥 𝑖ℎ1 𝑖𝑝1

𝑊𝑥 𝑐𝑜𝑠𝛼 (

𝑀𝑁

𝑚2) Trong đó:

+ 𝑊𝑥 – momen chống xoắn nhỏ nhất của trục các đăng

𝑊𝑥 = 𝜋 𝐷

2 𝛿

2 = 1,57 𝐷

2 𝛿 = 1,57 (0,0508)2 2 10−3 = 0,81 10−5 (𝑁 𝑚)

➔

𝜏 = 𝑀𝑒 𝑚𝑎𝑥 𝑖ℎ1 𝑖𝑝1

𝑊𝑥 𝑐𝑜𝑠𝛼 =

139.5,18.1 0,81 10−5 𝑐𝑜𝑠3° = 89013347,72 (𝑁/𝑚

Sơ đồ các lực tác dụng lên cầu sau chủ động

Trong đó: Z1, Z2 – Phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe trái và phải

Y1, Y2 – Phản lực ngang tác dụng lên bánh xe trái và phải

X1, X2 – Phản lực của lực vòng qua các bánh xe chủ động

B = 1695 (mm) – chiều rộng cơ sở của xe

hg – chiều cao trọng tâm xe có thể được tính như sau:

❖ Trường hợp 1 (Lực X đạt giá trí cực đại Xi = Xmax)

Khi truyền lực kéo cực đại:

𝑋1 = 𝑋2 = 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥𝑖ℎ1𝑖𝑜

139.5,18.5,342.0,321 = 5988,95 (N)

ih1 – Tỉ số truyền hộp số (khi lực kéo cực đại thì tính ở tay số 1)

❖ Trường hợp 2 (Lực Y đạt giá trị cực đại Y= Ymax)

Trong đó: φ1 – hệ số bám ngang, có thể lấy φ1 ≈ 1

m2 = 1 khi xe trượt ngang

❖ Trường hợp 3 (Lực Z đạt giá trị cực đại Z= Zmax)

=> Ở trường hợp truyền lực kéo cực đại, ứng suất tổng hợp sinh ra trên các bán trục

là lớn nhất vì bán trục chịu cả ứng suất uốn của Z1, Z2 gây ra trong mặt phẳng thẳng đứng và X1, X2 gây ra trong mặt phẳng ngang, cùng với đó là chịu cả cả ứng suất xoắn

do X1, X2 gây ra Vì vậy, khi thiết kế đường kính bản trục ta có thể lấy ứng suất tổng hợp làm tiêu chuẩn để tính toán, kiểm nghiệm bền Với hệ số dư bền là 2 dùng để xe có thể hoạt động trong nhiều trường hợp khác cùng với đó là vận hành xe ở tay số 1 để xe

có lực kéo lớn nhất

❖ Ứng suất cho phép của các bán trục như sau:

- Khi nửa trục chịu uốn và xoắn, thì ứng suất tổng hợp cho phép sẽ là:

[th] = 600  750 MN/m2 Chọn [th] = 600 MN/m2

Với hệ số dư bền là 3 => th= 200 MN/m2

❖ Đối với dòng xe du lịch tính toán, kiểm nghiệm bền bán trục giảm tải 1/2

Khi truyền lực kéo cực đại, ứng suất tổng hợp lớn nhất sinh ra trên bán trục:

Ứng suất tổng hợp cả uốn và xoắn là:

Câu 10: Kiểm nghiệm bền bán trục

Trong đó:

𝑍1, 𝑍2: Phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe trái và phải

𝑌1, 𝑌2: Phản lực ngang tác dụng lên bánh xe trái và phải

𝑋1, 𝑋2: Phản lực của lực vòng truyền qua các bánh xe chủ động Lực 𝑋1, 𝑋2 sẽ thay đổi chiều phụ thuộc vào bánh xe đang chịu lực kéo hay lực phanh ( 𝑋𝐾 hay 𝑋𝑃) , lực 𝑋 =

𝑋𝑚𝑎𝑥 khi xe chạy thẳng

𝑚2 𝐺2: Lực thẳng đứng tác dụng lên cầu sau

𝑚2: hệ số thay đổi trọng lượng tác dụng lên cầu sau phụ thuộc vào điều kiện chuyển động

Trường hợp xe đang truyền lực kéo: 𝑚2 = 𝑚2𝑘 = 1,2 (do là xe du lịch nên 𝑚2𝑘 =1,2 ÷ 1,4)

Trường hợp xe đang phanh: 𝑚2 = 𝑚2𝑝 = 0,85 ( do là xe du lịch nên 𝑚2𝑝 = 0,8 ÷0,85)

Khi truyền lực kéo cực đại:

Ứng suất uốn tại tiết diện ổ bi ngoài với tác dụng đồng thời của các lực 𝑋1, 𝑍1 đối với nửa trục bên trái và 𝑋2, 𝑍2 đối với nửa trục bên phải:

𝑋1, 𝑋2, 𝑍1, 𝑍2 tính bằng [MN]

𝐺2 – Tải trọng cầu sau 𝐺2 = 470 𝑘𝑔 = 4700 𝑁

b – Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm bạc đạn 𝑏 = 5 𝑚𝑚 = 5.10−3 𝑚

Đối với nửa trục bên phải cũng tương tự như nửa trục bên trái

Khi truyền lực phanh cực đại:

Ứng suất uốn được xác định theo phương trình:

𝜎𝑢 =𝑏 𝑚2𝑝 𝐺2

0,2 𝑑3 √1 + 𝜑2 =5 10

−3 0,85.103200,2 (0,16)3 √1 + (0,8)2 = 68564,7 ( 𝑁

𝑚2)

𝑚2)

Trường hợp 2 (Lực Y đạt giá trị cục đại Y=𝒀𝒎𝒂𝒙)

ℎ𝑔 – chiều cao trọng tâm xe ℎ𝑔 =𝐵

- Do là xe du lịch nên hệ số động khi xe chuyển động trên đường lồi lõm 𝑘đ = 2

- Lúc này nửa trục chịu uốn, momen uốn: 𝑀𝑢1= 𝑀𝑢2 = 𝑍𝑚𝑎𝑥 𝑏 = 𝑘đ.𝐺2