Tính toán thiết kế trục các đăng

Trục các đăng là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền động của các phương tiện như ô tô và xe tải. Nó có nhiệm vụ truyền lực từ hộp số đến cầu xe, giúp chuyển đổi lực xoắn và tốc độ quay từ động cơ đến các bánh xe. Trục các đăng được thiết kế để chịu được lực xoắn cao và dao động, đảm bảo hoạt động ổn định ngay cả khi xe di chuyển trên địa hình không bằng phẳng. Cấu tạo của trục các đăng thường bao gồm các khớp nối linh hoạt, giúp bù đắp cho sự lệch trục và dao động trong quá trình vận hành. Với vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu suất và độ bền của hệ thống truyền động, trục các đăng là một thành phần không thể thiếu, góp phần vào sự hoạt động mượt mà và hiệu quả của phương tiện.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC CÁC ĐĂNG

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Lớp:

Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Tp.HCM, ngày … tháng … năm …

Đề số:…….

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI TÊN MÔN HỌC : Đồ án Động cơ đốt trong NGÀNH: Công nghệ kỹ thuật ô tô 1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……):

2 Tên đề tài : Tính toán thiết kế Hệ thống truyền lực chính

3 Các dữ liệu ban đầu : Nhóm tự chọn các thông số về kích thước, khối lượng các chi tiết phù hợp với đề tài

4 Nội dung nhiệm vụ :

Giới thiệu tổng quan về đề tài

Trình bày cơ sở lý thuyết

Tính toán, thiết kế

Xây dựng mô phỏng

Kết luận và hướng phát triển

5 Kết quả tối thiểu phải có: 1) 1 Báo cáo đề tài

2)

3)

4)

Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên các thành viên) TP HCM, ngày … tháng … năm ……….

Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) Ngày giao đề tài: ……./…… /……… Ngày nộp báo cáo: ……./…… /………

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ

THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN

TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao lại cho sinh viên đóng vào cuốn báo cáo)

1 Tên đề tài: Tính toán thiết kế trục các đăng

2 Giảng viên hướng dẫn:

3 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm 3):

(Giảng viên hướng dẫn ghi)

Tuần Ngày Nội dung thực hiện Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên hướng dẫn ghi)

triển

12 Đánh giá kết quả báo cáo: (Hìnhthức, Nội dung báo cáo ; Sản phẩm

thực hiện; Thái độ ; Kỹ năng; ….)

Cách tính điểm:

Điểm đánh giá quá trình thực hiện đồ án = 50% x Tính chủ động, tích cực, sáng tạo +

%50 x Đáp ứng nội dung nhiệm vụ

Tổng điểm kết thúc học phần = Điểm đánh giá quá trình thực hiện đồ án x 40% + Điểm

chấm báo cáo GVHD x 30% + Điểm chấm báo cáo GVPB x 30%

Lưu ý: Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án; Điểm báo cáo bảo vệ đồ án môn học; Điểm quá trình ( Ghi theo thang điểm 10 ), giảng viên chuyển điểm vào bảng điểm Viện đã giao.

Ghi chú: Điểm số nếu có sai sót, GV gạch bỏ rồi ghi lại điểm mới kế bên và ký nháy vào phần điểm chỉnh sửa.

Họ tên sinh viên Mã số SV

Tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện

đồ án về quá trình thực hiện đồ án Tổng điểm tiêu chí đánh giá

(tổng 2 cột điểm 1*50%

+2*50%)

Tính chủ động, tích cực, sáng tạo

Đáp ứng nội dung nhiệm vụ

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên) TP HCM, ngày … tháng … năm ……….Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình làm bài đồ án, chúng em được các thầy cô giáo trong viện kỹ thuật ô

tô hướng dẫn và giúp đỡ Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Phan Quốc Minh

đã luôn trực tiếp hướng dẫn chúng em hoàn thành bài đồ án này

Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu đề tài, do kiến thức chuyên ngành còn hạn chế nênnhóm em vẫn còn nhiều thiếu sót không tìm hiểu, đánh giá và trình bày về đề tài Rất mongnhận được sự quan tâm góp ý của các thầy/cô giảng viên bộ môn để đề tài của em được đầy

đủ và hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Mục Lục

Chương 1: Giới thiệu 1

1.1 Đặt vấn đề: 1

1.2 Mục tiêu đề tài: 1

1.3 Nội dung đề tài: 1

1.4 Phương pháp nghiên cứu: 2

1.5 Kết cấu của đồ án: 2

1.6 Tổng quan 2

1.7 Kết luận 2

Chương 2: Cơ sở lý thuyết 3

2.1 Công dụng 3

2.2 Yêu cầu 3

2.3 Phân loại 4

2.4 Cấu tạo 5

2.5 Nguyên lý hoạt động 12

Chương 3: Tính toán, thiết kế trục các đăng của Toyota Vios 13

3.1 Bảng thông số 13

3.2 Số vòng quay cực đại và số vòng quay nguy hiểm của trục 13

3.3 Ứng suất xoắn của trục 14

3.4 Ứng suất xoắn cực đại của trục 15

3.5 Góc xoắn cực đại của trục 15

Chương 4: Xây dựng mô phỏng 17

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 19

Tài liệu tham khảo 20

Hình 2.7: Dấu ghi nhớ trục các đăng

Hình 2.8: Khớp nối bi chữ thập trục các đăng loại lắp ổ bi mỏng (không thể tháo rời) Và

Khớp nối bi chữ thập trục các đăng loại nắp ổ bi cứng (có thể tháo rời)

Hình 4.1: Mặt bích

Hình 4.2: Trục chữ thập

Hình 4.3: Trục truyền các đăng

Hình 4.4: Trục các đăng hoàn chỉnh

Chương 1: Giới thiệu

1.1 Đặt vấn đề:

Khi công nghệ lẫn kinh tế ngày càng phát triển, thì việc có một chiếc ô tô không còn khókhăn như trước nữa Bằng chứng là ta có thể dễ dàng bắt gặp nhiều loại xe ô tô khác nhautrên các đường phố ở Việt Nam Sự phát triển không ngừng về chất lượng và số lượng, đikèm theo đó các trang bị và động cơ phải luôn được cải tiến để phù hợp với nhu cầu người

sử dụng Những đòi hỏi về tốc độ, công suất động cơ ngày càng tăng, qua đó ta phải cải tiến,thiết kế các chi tiết một cách thông minh và hoạt động tối ưu nhất Hệ thống truyền lực chínhgồm có hộp số, vi sai, trục các đăng Một trong số đó là trục các đăng – chi tiết đặc biệt quantrọng, không thể thiếu trong quá trình chuyển động của ô tô và cũng là chi tiết chính cho đồ

án này

1.2 Mục tiêu đề tài:

Mục tiêu của nhóm là giúp các bạn sinh viên hiểu hơn về kết cấu, công dụng, nguyên lý hoạtđộng của hệ thống truyền lực chính Nghiên cứu, thiết kế và tìm hiểu các kiến thức về chitiết trục các đăng trên xe Đồng thời, đưa ra các hướng phát triển thiết kế trục các đăng

1.3 Nội dung đề tài:

Tuần 1: Giao đề tài

Tuần 2: Phân tích và lấy số liệu chi tiết thiết kế

Tuần 3: Lên kế hoạch, quy trình thiết kế chi tiết

Tuần 4: Tính toán và thiết kế sơ bộ hệ thống

Tuần 5, 6: Thiết kế chi tiết theo quy trình đã vạch ra

Tuần 7, 8: Hoàn chỉnh bản vẽ thiết kế 2D gồm 3 hình chiếu và mặt cắt

Tuần 9: Chỉnh sửa bản vẽ thiết kế 2D (nếu cần)

1

Tuần 10: Hoàn chỉnh đồ án Đóng thành cuốn cho giảng viên ký duyệt để tiến hành bảo vệ

đồ án

1.4 Phương pháp nghiên cứu:

Thu thập thông tin từ tài liệu của môn kết cấu ô tô và nguồn internet Sử dụng phần mềm

vẽ kỹ thuật là Solidwork để mô phỏng chi tiết dưới dạng 3D

1.5 Kết cấu của đồ án:

Gồm có 5 chương:

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Tính toán, thiết kế

Chương 4: Xây dựng mô phỏng (nếu có)

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

1.6 Tổng quan

Hệ thống truyền lực ôtô là bộ phận có chức năng truyền công suất từ động cơ ô tô đến cácbánh xe Trên hệ thống truyền lực có các bộ phận như bộ ly hợp, bộ vi sai, hợp số và trụccác đăng Hệ thống truyền lực có các nhiệm vụ cơ bản như truyền, biến đổi moment quay và

số vòng quay từ động cơ đến bánh xe chủ động sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc củađộng cơ, cắt dòng truyền trong thời gian ngắn hoặc dài, đổi chiều chuyển động nhằm tạo nênchuyển động lùi cho ô tô, tạo khả năng chuyển động “mềm mại” và tính năng việt dã Cácyêu cầu hệ thống truyền lực trên ô tô: Truyền công suất từ động cơ đến bánh xe chủ độngvới hiệu suất cao,độ tin cậy lớn, thay đổi được moment của động cơ một cách dễ dàng, cấutạo đơn giản, dễ bảo dưỡng,sửa chữa

1.7 Kết luận

Sau khi thảo luận và đưa ra ý kiến Nhóm chúng em chọn Trục các đăng để làm đề tài cho

đồ án lần này

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trục các đăng là bộ phận quan trọng, không thể thiếu trong cấu tạo của các loại xe ô tô.Không những nó giúp truyền động cho các cầu bánh xe mà nó còn giúp góp phần làm cho ô-

tô được chuyển động mượt mà và dễ dàng hơn

Trục các đăng hay còn được gọi là trục dẫn động Đây là một trong các sản phẩm cơ khíthông dụng cũng là bộ phận thuộc hệ thống truyền lực trên ô-tô

Trong ô-tô, trục các-đăng truyền công suất từ hộp số ngang, dọc tới bộ vi sai Chúng có khảnăng di chuyển lên xuống tương ứng với điều kiện vận hành và triệt tiêu sự thay đổi về chiềudài bằng rãnh then

Có thể ví bộ truyền động trục dẫn động giống với hệ thống ống dẫn khí, dẫn thủy lực hoặcđường dây điện đi khắp các nơi cần thiết trên ô-tô Nhưng với bộ truyền động các đăng thìchúng không những truyền lực mà còn truyền được cả mômen

2.1 Công dụng.

Trục các đăng được sử dụng để truyền chuyển động từ trục này sang trục khác mà góc độgiao nhau của cả hai trục đều thay đổi trong khi xe chạy

Khi ấy, những khớp nối giữa trục và trục các-đăng được gọi là tổ hợp truyền động các đăng

Tổ hợp này có tác dụng liên kết các trục có tâm không nằm trên cùng một đường và vị trítương đối của chúng cũng thay đổi trong quá trình ô-tô chuyển động

Thông qua việc kết nối đó, trục các đăng sẽ thực hiện nhiệm vụ chính của nó là truyềnmômen xoắn và lực

Ngoài việc truyền chuyển động giữa các cụm đặt cách xa nhau thì nó còn giúp cho việc tháolắp các cụm, cơ cấu truyền lực được diễn ra dễ dàng hơn

3

2.2 Yêu cầu

Để đảm bảo công dụng nêu trên ngoài các yêu cầu chung về sức bền và sức kéo và kết cấugọn nhẹ, truyền động các-đăng trên ô tô còn thỏa mãn các yêu cầu đặc trưng sau:

không được có dao động, va đập, không có tải động lớn do momen quán tính gây ra

- Trục đặc:

Loại trục này thường rất nhỏ, gọn, không tốn nhiều không gian Nhưng lại không thể thayđổi độ dài Chúng thường được dùng ở các vị trí như giữa hộp giảm tốc cầu tới bánh xe chủđộng

2.3.2 Theo kết cấu khớp các đăng.

- Khớp các đăng mềm:

Loại khớp này thường được dùng để nối dài trục các đăng Thông thường chúng có kíchthước nhỏ và nên được làm từ cao su có độ bền cao để tránh bị hỏng do tác động của môitrường

- Khớp các đăng cứng:

Các loại xe ô tô thường sử dụng loại khớp các đăng này Chúng có cấu tạo phức tạp và gồm

2 loại chủ yếu là dạng trục và dạng bi

2.3.3 Theo đặc tính tốc độ góc của khớp các đăng.

Có 2 loại:

- Khớp các đăng đồng tốc:

Loại này thường có cấu tạo khá đơn giản cùng khả năng truyền động tốt nên thường đượctrang bị trên bộ truyền động có không gian hẹp Chúng phần lớn chỉ có một trục vào, mộttrục ra và một khớp Tuy vậy, chúng có nhược điểm cơ bản là yêu cầu được chế tạo với độchính xác rất cao, vật liệu tốt nên giá thành cao

- Khớp các đăng khác tốc:

Loại khớp các đăng khác được sử dụng phổ biến nhờ ưu điểm góc thay đổi mô men lớn, cócấu tạo đơn giản với giá thành rẻ Đại diện cho loại này là trục các đăng khớp chữ thập,thường được dùng ở bộ truyền giữa hộp số và hộp giảm tốc cầu xe

2.3.4 Theo số lượng khớp các đăng trong bộ truyền.

- Loại đơn: chỉ sử dụng một khớp các đăng trong bộ truyền động

- Loại kép: được sử dụng khi truyền mô-men xoắn giữa hai cụm có khoảng cách lớn

2.4 Cấu tạo.

Trục các đăng được xem là bộ phận không thể thiếu đối với hệ thống truyền động của cácloại phương tiện Trục các đăng có cấu tạo bao gồm 2 bộ phận: Trục các đăng và khớp cácđăng

2.4.1 Trục các đăng.

Trục các đăng là một ống thép nhẹ bằng thép các bon, đủ khoẻ để chống xoắn và cong.Bìnhthường trục các đăng là một ống liền có hai khớp nối ở hai đầu hình thành các khớp các

5

đăng.Vì có đôi chút rung động ở tốc độ cao, nên ngày nay người ta thường sử dụng trục cácđăng loại có 3 khớp nối.

- Trục các đăng 2 khớp:

Tổng chiều dài mỗi đoạn của trục cac đăng 2 khớp là tương đối lớn, điều này có nghĩa là: khitrục cac đăng đang quay ở tốc độ cao, trục có xu hướng bị cong một chút và rung độngnhiều Hơn nữa do độ không cân bằng còn sót lại, vì vật cần có độ cân bằng chính xác cao đểgiảm đến mức tối thiểu sự sai lệch và rung động như kể ở trên

Hình 2.1: Trục các đăng 2 khớp nối

- Loại có 3 khớp nối:

Chiều dài của mỗi đoạn trục của trục các đăng loại 2 đoạn, 3 khớp ngắn hơn và do đó độcong do không cân bằng ngắn hơn Độ rung ở tốc độ cao cũng giảm Vì những ưu điểm này,ngày nay người ta thường sử dụng kiểu trục cacđăng 3 khớp nhiều hơn

Hình 2.2: Trục các đăng 3 khớp nối

- Ổ đỡ giữa: Ổ đỡ giữa đỡ hai phần của trục các đăng ở giữa, và được lắp qua mặt bích vàocác rãnh then hoa ở đầu trục trung gian Bản thân ổ đỡ giữa gồm có ống lót cao su che chắn

ổ đỡ, và ổ đỡ này lại đỡ các trục các đăng và được lắp vào thân xe bằng một giá đỡ

Hình 2.3: Ổ đỡ giữa

2.4.2 Khớp nối trượt trục các đăng:

Khớp nối trượt ở trục thứ cấp của hộp số, cho phép bất kỳ sự thay đổi chiều dài ở láp truyềnbằng cách trượt vô hay trượt ra của hộp số

Nạng cacđăng bị trượt đến trục thứ cấp của hộp số và lắp vừa vào phần vỏ dư ra của hộp số.Đệm làm kín tiếp xúc với nạng cacđăng, nạng cacđăng nằm trên phần bạc lót ở trong vỏ dư

ra Nạng trục các đăng quay cùng với trục thứ cấp của hộp số, nhưng nó tự do trượt vô vàtrượt ra hộp số

7

Hình 2.4: Khớp nối trượt

1-Bề mặt phía ngoài được gia công nhẵn bóng để gắn bạc lót và đệm làm kín ở hộp số;2- Nạng cac đăng; 3- Đệm làm kín phía sau hộp số; 4- Hoạt động quay và trượt;

5- Trục các đăng then hoa; 6- Nạng các đăng; 7- Phần vỏ sau của hộp số;

8- Các rãnh then hoa để lắp trục thứ cấp của hộp số

- Cách trượt của mặt trong của nạng có các rãnh trượt mà các rãnh trượt này lắp qua các rãnhtrượt của hộp số Đây là nguyên nhân cả hai cùng quay Tuy nhiên, nó hầu như cho nạngtrượt trên các rãnh trượt

- Đường kính ngoài của nạng được làm nhẳn Bề mặt nhẳn này lắp vào bề mặt của bạc đạn

và phốt vào kín đầu ở trong hộp số

- Vỏ mang trục mở rộng để đỡ nạng khi nó trượt trong hộp số Phốt làm kín phía sau có hộp

số nằm trên nạng và ngăn cản dầu bôi trơn rò rỉ ra phía sau hộp số Phốt làm kín giữ bụi trênđường không vào hộp số và tách rời nạng.Thông thường mặt ngoài của khớp nối trượt đượcbôi trơn bởi dầu hộp số Dầu hộp số ngăn chặn bôi trơn ống máng trục, nạng và phốt làmkín

Tuy nhiên, một vài loại nạng đòi hỏi bôi dầu nặng lên các rãnh trượt của chúng Các rãnhtrượt được làm kín từ dầu hộp số Điều này làm cho dầu bôi trơn ngăn cách các rãng trượt

2.4.3 Khớp nối đỡ trung gian trục các đăng.

Gối để trung gian gồm có: giá đỡ, vòng đỡ cao su và vòng bi.

Khớp nối đỡ trung gian được dùng để giữ điểm giữa của trục chủ động hai khúc Trọng tâmcủa bạc đạn được bắt vào sườn xe hoặc dưới khung xe Nó nâng đỡ trung tâm các trục chủđộng nơi hai trục nối nhau

Hình 2.5: Khớp nối đỡ trung gian

1- vòng cao su giảm chẩn; 2- trục chủ động trước;

3- bạc đạn đỡ trung tâm; 4- trục chủ động sau; 5- bộ phận bắt ngang

Vòng bi đỡ trục cacđăng đỡ hai phần của trục cacđăng ở vị trí giữa và được lắp qua mặt bíchđến các then đặt ở đầu trục trung gian Vòng bi đỡ trục cacđăng được minh họa dưới đây,bao gồm ống cao su bọc ngoài vòng bi, vòng trong đễ trục cacđăng và được lắp vào khung

Hình 2.6: Vòng bi đỡ trục các đăng

Chú ý: Trước khi tháo vòng bi trục cacđăng, dấu ghi nhớ vị trí phải được đánh lên mặt bíchtrục cacđăng và trục trung gian để đảm bảo độ chính xác khi lắp nạng cacđăng sau khi bảodưỡng Nếu các chi tiết được lắp láp không có chuẩn là dấu ghi nhớ, thì sự rung động vàtiếng ồn có thể sinh ra khi xe chuyển động

Hình 2.7: Dấu ghi nhớ trục các đăng

2.4.4 Khớp nối bi chữ thập của trục các đăng.

Gồm 2 loại: Kiểu lắp vòng bi cứng và kiểu lắp vòng bi mềm

Khớp nối bi chữ thập thường được sử dụng vì nó có cấu tạo đơn giản và chức năng chínhxác Nó có hai nạng, một nạng được hàn với trục cacđăng và nạng khác gắn lyền với bíchnối hoặc khớp trượt, còn bi chữ thập (trục bi chữ thập) được lắp vào giữa chúng qua các

vòng bi Trục bi chữ thập được rèn từ loại thép cacbon đặt biệt và có 4 cổ trục được biếncứng bề mặt có độ bền cao và chống mòn.

Vòng bi đũa kim được lắp vào trong nắp vòng bi, nắp vòng bi được lắp ép vào lỗ trên nạng

để giảm đến mức tối thiểu sự cản trở khi hoặt động giữa các cổ trục và nạng

Để ngăn cản vòng bi nhảy ra ngoài khi trục cacđăng quay ở tốc độ cao, hoặc là vòng hãm,hoặc là tấm hãm được dùng để xiết chặt nắp vòng bi trong nắp vòng bi kiểu cứng Đối vớinắp vòng bi kiểu mềm, thì nắp vòng bi được xẽ rãnh

Vì vậy nắp vòng bi kiểu mềm không thể tháo ra được

Hình 2.8: Khớp nối bi chữ thập trục các đăng loại lắp ổ bi mỏng (không thể tháo rời)

Và Khớp nối bi chữ thập trục các đăng loại nắp ổ bi cứng (có thể tháo rời)

2.4.5 Kết cấu của một khớp các đăng đơn có trục chữ thập.

11