TRƯỜNG CƠ KHÍ - TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀNỘIVIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰCĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁYTÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ XE Ô TÔ TOYOTA ALTISHọ và tên sinh viên: Nguyễn Sơn TùngMã số sinh viên: 201
TỔNG QUAN HỘP SỐ
1 2, Yêu cầu
Hộp số ô tô đáp ứng những điều kiện cơ bản:
- Có dải tỷ số truyền thích hợp, phân bố các khoảng thay đổi tỷ số truyền tối ưu, phù hợp với tính năng động học yêu cầu và tính kinh tế vận tải.
- Có hiệu suất truyền lực cao.
- Khi làm việc, không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát sinh tải trọng động khi làm việc.
- Có cơ cấu định vị chống nhảy số và cơ cấu chống gài đồng thời hai số.
- Có vị trí trung gian để có thể ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian dài.
- Có cơ cấu báo hiệu khi gài số lùi.
- Kết cấu nhỏ gọn, dễ điều khiển, bảo dưỡng và sửa chữa.
- Có khả năng bố trí cụm trích công suất để dẫn động các thiết bị phụ khác.
2 1 Cấu tạo
- Nắp và vỏ hộp số: Bộ phận này có nhiệm vụ bao kín và che các bộ phận bên trong hộp số Ngoài ra, nắp hộp còn dùng để lắp cơ cấu chuyển đổi số.
+ Vỏ hộp sô dùng để lắp các vong bi đỡ trục, chứa dầu bôi trơn, treo hộp số vào khung xe.
+ Trên vỏ hộp số có thể hiện rõ các nút xả dầu, nút bổ sung và kiểm tra mức dầu.
- Ổ bi: Biến ma sát trượt thành ma sát lăn nhầm giúp tăng tuổi thọ làm việc cảu thiết bị và tránh gây ra tiếng ồn trong khi hộp số hoạt động.
- Trục hộp số: trục sơ cấp – trung gian – thứ cấp ở hộp số dọc
- Bánh răng trong hộp số: Có nhiệm vụ truyền lực và biến đổi tốc độ quay giữa hai hay nhiều chi tiết khác nhau.
- Bộ đồng tốc: Có nhiệm vụ ngăn ngừa sự trèo răng trong quá trình vào khớp, khóa bánh răng thứ cấp vào trục thứ cấp
+ Bộ đồng tốc có tác dụng làm đồng đều tốc độ của các bánh răng khi vào số, tránh các va đập giữa các bánh răng giúp quá trình gài số êm, dễ dàng, không gây tiếng kêu.
- Vị trí trung gian (số 0): các cặp bánh răng đồng tốc chưa vào ăn khớp, lúc này nếu trục vào I quay sẽ truyền sang trục II nhưng không truyền ra trục thứ cấp.
+ Gài số: Dùng bánh răng di trượt sang trái để bánh răng 1’ ăn khớp với bánh răng 1.
+ Dòng truyền công suất: Từ trục sơ cấp I đến cặp bánh răng a’a đến trục trung gian III sang cáp bánh răng 1’1 rồi ra trục thứ cấp thứ II.
+ Gài số: Gạt bộ đồng tốc B sang phải ăn khớp với bánh răng số 2.
+ Dòng truyền công suất: Từ trục sơ cấp I cặp bánh răng a’a trục trung gian III sang cặp bánh răng 2’2 cuối cùng ra trục thứ cấp II.
+ Gài số: Gạt bộ đồng tốc B sang trái ăn khớp với bánh răng 3. + Dòng truyền công suất: Từ trục sơ cấp I cặp bánh răng a’a trục trung gian III Sang cặp bánh răng 3’3 rồi ra trục thứ cấp II.
+ Gài số: Gạt bộ đồng tốc C sang trái ăn khớp với bánh răng a. + Dòng truyền công suất: Từ trục sơ cấp I qua bộ đồng tốc C sang trục thứ cấp thứ II.
+ Gài số: Gạt bộ đồng tốc C sang phải ăn khớp với bánh răng 5. + Dòng truyền công suất: Từ trục sơ cấp I cặp bánh răng a’a trục trung gian III sang cặp bánh răng 5’5 rồi ra trục thứ cấp II.
- Vị trí tay số lùi:
+ Gài số: Gạt báng răng di trượt 1’ sang ăn khớp với bánh răng L2.
+ Dòng truyền công suất: Từ trục sơ cấp I đến cặp bánh răng a’a trục trung gian III cặp bánh răng L-L1 cặp bánh răng L2-1’ ra trục thứ cấp II.
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỘP SỐ
1 1 Tính toán tỷ số truyền
a Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính (i0)
Chế độ tải trọng khi thiết kế
Với: Mt: Momen tính toán ở hộp số
Me: Momen của động cơ, Me=Memax ( xét với ô tô) i: Tỷ số truyền tính từ động cơ đến hộp số
Tải trọng tính từ các bánh xe chủ động đến chi tiết cần tính toán theo điều kiện bám lớn nhất của các bánh xe với mặt đường:
Với: ∑ Z : Tổng phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động (N)
I’: Tỷ số truyền tính từ bánh xe chủ động đến hộp số r b : Bán kính làm việc của bánh xe chủ động Lốp xe: 205/55R16
Bán kính làm việc TB: r b =λ r 0 =(0.93÷0.935)×252#4.36÷235.62mm
So sánh M t và M φmaxmax , ta thấy: M t = 24.54 25.22 25.60 23.99
Bảng 2.19: Đường kính trục thiết kế b Đối với trục trung gian
Giả sử có phản lực tại các ổ lăn và bánh răng trên trục trung gian có chiều như hình vẽ:
Ta có các phương trình cân bằng lực và moment như sau: Σ F x =X 1 +X 2 +F ti −F ta =0 Σ F y =Y 1 +Y 2 −F ri −F ra =0 Σ M x =Y 2 ∗l 2 −F ri ∗c−F aa ∗r a −F ra ∗b=0 Σ M y =X 2 ∗l 2 +F ti ∗c−F ta ∗b=0
Giải hệ phương trình trên, ta có bảng sau:
Tay số 1 2 3 5 bi (mm) 45 45 45 45 ci (mm) 245 209 145 109 l2 (mm) 300 300 300 300
Y1 (N) 2903.60 2916.99 3148.84 2920.78 Bảng 2.20: Độ lớn các phản lực ở các tay số
Moment tại tiếp diện của các bánh răng gài số trên trục trung gian:
-Tại bánh răng luôn ăn khớp:
M ux =b Y 1 ,bước nhảy M ' ux =b Y 1 +F aa r ' a
M uy =b Y 1 -Tại bánh răng gài số:
M ux =(l 2−c)Y 2 , bước nhảy M ' ux =(l 2−c)Y 2+F ai r i
Ta được bảng kết quả:
Vị trí Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 5
Bảng 2.21: Độ lớn các moment ở các tay số
Dựa vào công thức tính độ bền xoắn và uốn, ta có kết quả ở các vị trí gài số khác nhau như sau :
Ta chọn vật liệu là thép C45, [ σ th ] ≈ 0.8 σ ch =0.8∗360(8( MN m 2 ) Để đảm bảo bền cho trục, đường kính trục phải thỏa mãn điều kiện:
0.1d 3 ≥[σ t h ¿→ d ≥ √ 3 0.1 M [ σ td t h ] Đường kính trục thiết kế:
Vị trí 1 2 3 5 aa’ Vai trục di (mm)>
Bảng 2.22: Đường kính trục thiết kế c.Đối với trục sơ cấp
Giả sử phản lực tại ổ lăn và bánh răng trên trục sơ cấp có chiều như hình vẽ:
Ta có các phương trình cân bằng lực sau:
Giải hệ phương trình, ta có:
Bảng 2.23: Độ lớn các phản lực ở các tay số
Ta có bảng kết quả :
Vị trí Gài số 1 Gài số 2 Gài số 3 Gài số 5 b (mm) 45 45 45 45
Bảng 2.24 : Độ lớn các moment ở các tay số
Dựa vào công thức tính độ bền xoắn và uốn, ta có kết quả ở các vị trí gài số khác nhau như sau :
Ta chọn vật liệu là thép C45, [ σ th ] ≈ 0.8 σ ch =0.8∗360(8( MN m 2 ) Để đảm bảo bền cho trục, đường kính trục thỏa mãn :
0.1d 3 ≥[σ t h ¿→ d ≥ √ 3 0.1 M [ σ td t h ] &.39 (mm) Để đảm bảo cho trụ cứng vững, ta chọn d((mm)
II 4 Tính toán ổ lăn Ổ lăn hộp số ô tô thường được chọn theo khả năng làm việc với chế độ tải trọng trung bình Ổ bi cần phải đảm bảo yêu cầu làm việc bền lâu khi kích thước của ổ nhỏ Trong một số trường hợp kích thước của ổ được chọn tăng lên để đảm bảo điều kiện lắp ghép giữa các chi tiết trogn hộp số hoặc để nâng cao độ cứng vững các chi tiết của hộp số.
Do tốc độ vòng quay của ổ bi n ≥ 10 (vòng/phút), ổ lăn thường được tính theo khả năng tải động để đảm bảo bền lâu của ổ.
Hệ số khả năng làm việc của ổ bi:
K 1 : hệ số tính đến vòng nào quay, K 1=1 với còng trong của ổ quay
K đ : hệ số tải trọng động, K đ =1.0
K t : hệ số tính đến ảnh hưởng của chế độ nhiệt độ đến đọ bền lâu của ô bi Hộp số ô tô thường làm việc ở nhiệt độ dưới 398K K t =1.0 n t : số vòng quay tính toán của ổ bi (vòng/phút), được xác định theo tốc đọ chuyển động trung bình của ô tô ở số 5 (ih=) Ô tô con : V tb 5÷40km/h, chọn V tb @km/h
0.377r b 04( vòng phút ) h: thời gian làm việc của ổ lăn h t = S
V tb %00(h) với S0000km: quãng đường chạy của ô tô giữa 2 kỳ đại tu
R tđ : Lực tương đương tác dụng lên ổ (N)
Với α 1 , α 2 , α 3 , α 4 , α 5 :hệ số làm việc của ổ lăn ở các số truyền đã cho trong hộp, tương ứng với các giá trị 0.1; 1; 3 ; 10(%) β 1 , β 1 , β 1 , β 1 , β 1 : hệ số số vòng quay, tính bằng tỷ số số vòng quay của ổ lăn ở các số truyền 1, 2, 3, 5 với số vòng quay tính toán (nt)
Với trục thứ cấp và trục trung gian các hệ số lần lượt là 3; 2.1 ; 1.46 ; 1 ; 0.72
Với trục sơ cấp, β n =1 với mọi số truyền
R q 1 , R q 2 , R q 3 , R q 4 , R q 5 : tải trọng quy dẫn hướng kính tác dụng lên ổ lăn ở các số truyền 1, 2, 3, 4, 5
Với ổ bi cầu hướng kính : R qi =A+mQ
A : Tải trọng hướng kính tác dụng lên ổ lăn,
X, Y : các phản lực tại gối đỡ đã tính
Q : Tải trọng chiều trục tác dụng lên ổ lăn m : hệ số quy dẫn lực chiều trục về lực hướng kính, m=2.5 Đối với ổ bi hướng kính loại tựa tại ổ B và D dưới tác dụng của tải trọng hướng kính A, phát sinh ra thành phần chiều trục S được xác định bởi :
S=1.3Atanβ β: góc tiếp xúc của thanh lăn, β 0
4 1 Xét ổ lăn trục thứ cấp
2+Y 4 2 Với X3, Y3, X4, Y4 là các lực tác dụng lên ổ lăn tính theo tải trọng trung bình Mtb
Tải trọng tác dụng lên ổ lăn trục thứ cấp
1247.65 2446.69 Bảng 2.25 : Lực tác dụng lên ổ lăn trục thứ cấp
Thành phần chiều trục S được xác định bởi :
S=1.3Atanβ β: góc tiếp xúc của thanh lăn, β 0
Vì thành phần S3, S4 của tải trọng hướng kính trên 2 ổ không bằng nhau nên tải trọng quy dẫn được tính bởi :
Lực tương đương tác dụng lên ổ lăn
Vị trí Rq1 (N) Rq2 (N) Rq3 (N) Rq5 (N) Rqtđ (N) C (kN)
6 9546.25 7227.36 5062.74 34.65 Bảng 2.27 : Lực tương đương tác dụng lên ổ lăn
Dựa vào giá trị C và đường kính trục, theo bảng GOST 831-75 :
4 2 Xét ổ lăn trên trục trung gian
2+Y 2 2 Với X1, Y1, X2, Y2 là các lực tác dụng lên ổ lăn tính theo tải trọng trung bình Mtb.
Tải trọng tác dụng lên các ổ lăn trục trung gian
Gài số 5 2092.52 2920.78 3592.99 -864.04 1361.60 1612.61 Bảng 2.29 : Tải trọng tác dụng lên các ổ lăn
Thành phần chiều trục S được xác định theo công thức :
S=1.3Atanβ β: góc tiếp xúc của thanh lăn, β 0
Vì thành phần S1, S2 của tải trọng hướng kính trên 2 ổ không bằng nhau nên tải trọng quy đổi được tính bằng :
Lực tương đương tác dụng lên ổ lăn
Vị trí Rq1 (N) Rq2 (N) Rq3 (N) Rq5 (N) Rqtđ (N) C (kN)
3 9318.91 7451.63 5829.37 28.38 Bảng 2.31 : Lực tương đương tác dụng lên ổ lăn
Dựa vào giá trị của C và đường kính trục, theo bảng GOST 831-75 :
4 3 Xét ổ lăn trục sơ cấp
Tải trọng tác dụng lên ổ lăn trục sơ cấp
Bảng 2.33 : Tải trọng tác dụng lên ổ lăn trục sơ cấp
Thành phần chiều trục S được xác định bởi :
S=1.3Atanβ β: góc tiếp xúc của thanh lăn, β 0
Lực tương đương tác dụng lên ổ lăn
Vị trí Rq1 (N) Rq2 (N) Rq3 (N) Rq5 (N) Rqtđ (N) C (kN)
Bảng 2.35 : Lực tương đương tác dụng lên ổ lăn
Dựa vào giá trị C và đường kính trục theo bảng GOST 831-75
LẮP GHÉP VÀ BÔI TRƠN
Dung sai lắp ghép ổ lăn
Theo sơ đồ hộp số vòng ngoài ổ lăn được lắp trước tiếp lên lỗ ở thành, vòng trong của ổ lên trục theo hệ thống lỗ cơ bản và lắp vòng ngoài vào vỏ theo hệ thống trục cơ bản.
-Ta có ổ lăn vòng trong quay và chịu tải trọng chu kỳ nên ta chọn kiểu lắp có độ dôi trung gian theo hệ thống lỗ và được hãm bằng bạc chặn để duy trì tình trạng đồng chịu lực đồng đều của ổ.
-Vòng ngoài được lắp cố định vào vỏ hộp số nên được lắp ghép theo kiểu trung gian theo hệ thống trục.
Chọn miền dung sai khi lắp các vòng ổ:
-Lắp ổ lên trục là k6 -Lắp ổ lên vỏ là H7 Dung sai lắp ghép ổ lăn trên trục và vỏ
Mối ghép Sai lệch giới hạn trên (μm)m) Sai lệch giới hạn dưới (μm)m)
Dung sai lắp ghép then bằng
Vì đây là một kiểu xe thông dụng nên chiều dài của then cũng không quá lớn ta có thể sử dụng kiểu lắp thông dụng trong sản xuất hàng loạt là then lắp với trục, chiều rộng theo kiểu lắp trên trục là D9 và trên bạc là D10.
Ta có kích thước các then ở các vị trí trên trục như sau:
Kích thước tiết diện then Bxh
Sai lệch chiều rộng giới hạn rãnh then Sai lệch giới hạn chiều sâu rãnh then Trên trục Trên bạc Sai lệch giới hạn trên trục t1
Sai lệch giới hạn trên trục t2
Dung sai lắp ghép bánh răng
Chịu va đập nhẹ không yêu cầu tháo lắp thường xuyên, ta chọn kiểu lắp trung gian H7/k6
Dung sai lắp ghép bánh răng trên trục
Mối ghép Sai lệch giới hạn trên (μm)m) Sai lệch giới hạn dưới (μm)m)
Bôi trơn hộp số
Bôi trơn hộp số có tác dụng làm giảm mài mòn răng, đảm bảo nhiệt độ tốt giúp các chi tiết không bị han gỉ. Đối với xe Toyota Altis số sàn MT, ta sử dụng dầu dùng cho hộp số sàn loại 80W90 (loại dầu truyền động bánh răng) Khi đó, dầu hộp số cần lưu ý mức dầu hộp số xe Altis Cần kiểm tra thường xuyên bằng vạch thăm dầu hoặc thước thăm dầu trên hộp số Dầu hộp số sàn xe Altis khoảng 5 lít Thông thường khoảng 40,000 km hoặc 2 năm nên thay dầu một lần.
