Chương 4 - Truyền Động Các Đăng.docx

Chương 4 - Truyền Động Các Đăng (Phần 4 - Thiết kế ô tô) - thư viên tri thức - kho tài liệu - tài liệu đại học - cao đẳng

Chương 4 - Truyền động các đăng4.1 Nhiệm vụ, yêu cầu , phân loại

4.1.1 Nhiệm vụMuốn truyền chuyển động từ một trục này sang một trục khác mà góc độ giao nhau của trục đóthay đổi trong quá trình xe chạy thì dùng khớp nối trục các đăng Khớp nối trục các đăng liên kếtvới trục các đăng thành tổ hợp gọi là truyền động các đăng

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

Ngoài ra truyền động các đăng còn làm cho dễ dàng tháo lắp các cụm, cơ cấu truyền lực.4.1.2 Yêu cầu của truyền động các đăng

Truyền động các đăng phải thỏa mãn các yêu cầu sau:- Ở bất kỳ tốc độ quay nào, truyền động các đăng phải bảo đảm truyền momen không có

những dao động, va đập, không có tải trọng động lớn do momen quán tính gây ra.- Các đăng quay êm, 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 momen xoắn.4.1.3 Phân loại

Ta có nhiều cách phân loại:Trong truyền động các đăng có trục các đăng và khớp các đăng.- Theo tính chất động học ta có: các đăng khác tốc (có loại cứng, loại mềm), các đăng

đồng tốc (loại bi, loại cam, loại đĩa…)- Theo số khớp các đăng có loại đơn (một khớp), loại kép, loại nhiều lớp.- Theo khả năng bao kín có loại kín (ít dùng), loại hở

- Trục các đăng có loại trục đặc (ít dùng), trục rỗng.Khi nghiên cứu truyền động các đăng chủ yếu ta xét khớp các đăng còn phần trục các đăng đơn giản ta chỉ đề cập đến nó ở phần tính toán các đăng

4.2 Khớp các đăng khác tốc4.2.1 Khớp các đăng đơn1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạoCấu tạo các đăng đơn gian bao gồm:

Chốt chữ thập, nạng các đăng chủ động nối liền với trục chủ động (hình IV-1) Trục chủ động1 quay tròn kéo theo chốt chữ thập 2 vừa quay vừa lúc lắc làm cho trục bị động 3 cũng quay

tròn theo và phạm vi lúc lắc của chốt chữ thập là α.

2 Động học của khớp các đăng đơnTrên hình IV-2 là sơ đồ hai vị trí của cơ cấu các đăng giúp ta nghiên cứu về động học của khớp các đăng đơn giản

Xét tốc độ tiếp tuyến tại điểm c, chuyển động của nó bị chi phối bởi hai trục cho nên:

Vc=ω1 r1=ω2 r2 r1, r2 : là khoảng cách của điểm c đến đường tâm của các trụcω1, ω2 : tốc độ góc của các trục.

Điều kiện cần thiết để ω1=ω2 là r1=r2 tức là AC sin β1=BC sin β2 về mặt kết cấu có thể đảm bảo OA=OB cho nên muốn thỏa mãn yêu cầu đồng tốc nêu trên thì điểm C luôn luôn

phải nằm trong mặt phẳng phân giác giữa hai đường tâm trục AOB Trên thực tế chuyển

động của cơ cấu các đăng đơn giản thì cứ sau mỗi lần quay 90 ° điểm C từ vị trí α

2 bên này mặt phẳng phân giác chuyển sang vị trí α

2 bên kia Như vậy cơ cấu các đăng đơn giản không đảm bảo sự đồng tốc Ta tìm qui luật khác tốc Trong giáo trình nguyên lý máy đã chứng minh công thức biểu thị quan hệ động học của các đăng đơn giản:

tan φ1=tan φ2 cos α (4.1)Trong đó:

φ1, φ2 : góc quay của trục chủ động và bị động.α : góc giao giữa hai trục.

Đồ thị trên hình IV-2 biểu thị quan hệ lệch pha của hai trục Nếu xét một vòng quay 360 °

của trục chủ động 1 thì có hai lần trục bị động 2 quay chậm hơn và hai lần quay nhanh hơn (tức là trục bị động 2 quay không ổn định) Đạo hàm biểu thức (4.1) theo thời gian:

1cos2φ1

d φ1dt =cos α

1cos2φ2

d φ2

d φ1dt =ω1,d φ2

cosαhay

sin φ2cos φ2=

tan φ1

Bình phương hai vế và lấy nghịch đảo rồi biến đổi lượng giác tac được

1−cos2φ2=

cos2αcos α⟹ cos2

φ2= cos2α

(tan2φ1+cos2α) (4.3)

Thay (4.3) vào (4.2) rồi rút gọn ta được:

ω2ω1=

cosα

sin2φ1+cos2α cos2φ1 (4.4)

Ta có kết luận:- Nếu ω1=const thì ω2 biến thiên theo góc φ1 có nghĩa là biến thiên theo thời gian và do

đó xuất hiện gia tốc góc gây ra tải trọng động.- Khi φ1=0 ° ,180 ° ,360 ° …=k π thì tỷ số tốc độ góc hai trục đạt giá trị cực đại

sin2φ1+cos2α cos2φ1−cos2α

sin2φ1+cos2α cos2φ1 (4.7)

Và qui luật biến thiên biểu thị trên đồ thị hình IV-3

Ta thấy nếu α càng nhỏ chênh lệch càng ít.

Để giải quyết cho trục bị động quay ổn định, đồng tốc người ta sử dụng cơ cấu các đăng kép

4.2.2 Cơ cấu các đăng képCơ cấu các đăng kép bao gồm hai cơ cấu các đăng đơn giản và trục truyền theo sơ đồ hình IV-4.

+ Xét cơ cấu các đăng đơn giản 1-A-3 và áp dụng biểu thức (4.1) ta có:

tan φ1=tan φ3.cos α1 (4.8)

Như vậy truyền động qua lại hai khớp các đăng đơn sẽ có đồng đều tốc độ giữa trục chủ động và bị động không gây giật, không bị tải trọng động Để đảm bảo thay đổi được chiều dài của trục các đăng người ta làm trục có hai đoạn, lắp ghép then hoa với nhau Hình IV-5 là

bố trí các đăng trên ô tô, mọi cách bố trí sao cho tăng độ cứng vững và góc lệch α là nhỏ

nhất

4.2.3 Cấu tạo khớp các đăng và truyền động các đăng.Khớp các đăng

Các nạng các đăng được bắt với các trục chủ động và bị động Khớp các đăng với các ổ bi kim có hiệu suất truyền động cao bảo đảm định tâm giữa các trục chính xác, có độ bền và tuổi thọ cao

Truyền động các đăng kép được chỉ rõ trên hình IV-7.Trong một số trường hợp trục các đăng quá dài dễ gây dao động ở tốc độ quay cao đồng thời số vòng quay lớn nhất của trục các đăng tỉ lệ nghịch với chiều dài của trục cho nên người ta dùng truyền động qua ba khớp ở giữa có ổ bi đỡ trung gian Bố trí như vậy vẫn đảm bảo độ cứng vững (có, bi đỡ trung gian) đảm bảo đồng tốc của trục chủ động và bị động (vì góc lệch của trục thứ nhất rất nhỏ), đảm bảo tăng được số vòng quay giới hạn lớn nhất của trục các đăng (chiều dài ngắn).

Ổ đỡ trung gian 3 có giá đỡ bằng kim loại, lắp cố định lên xà ngang của khung xe bằng các bulong Vòng cao su 15 cho phép giảm ứng suất gây ra do sự lắp ghép không chính xác vị trí của các cụm và do sự biến dạng (uốn xoắn) của khung xe khi nó chuyển động trên đường không bằng phẳng

Mối ghép then hoa giữa đuôi trục (12) của nạng (7) với ống then hoa 11 cho phép thay đổi được chiều dài của trục 5 khi vị trí tương đối của truyền lực chính cầu xe thay đổi so với khung xe

4.3 Khớp các đăng đồng tốc4.3.1 Nhiệm vụ và nguyên tắc cấu tạoKhớp nối các đăng có tỷ số giữa ω2

ω1 luôn luôn bằng 1 là khớp đồng tốc Khớp các đăng đồng

tốc dùng để nối dẫn động đến các bánh xe dẫn hướng chủ động đảm tốc độ góc như nhau giữa trục chủ động và bị động, vì vậy sẽ làm tăng tính ổn định của bánh xe dẫn hướng và không phát sinh tải trọng quán tính tác dụng lên bánh xe dẫn hướng Khớp các đăng đồng tốc đảm bảo truyền lực với góc lệch thay đổi lớn sẽ làm tăng tính cơ động quay vòng

Xét hai trục quay 1 và 2 đặt lệch nhau một góc là α mỗi trục có một đoạn nối và chúng có

điểm tiếp xúc chung là A (trên hình IV-9)

Muốn cho tốc độ quay luôn bằng nhau (ω1=ω2) của hai trục quay nối với nhau bằng khớp, điểm tiếp xúc chung A luôn phải đảm bảo khoảng cách từ nó đến đường tâm các trục quay

là như nhau (phần này đã đề cập ở khớp các đăng đơn) tức là r1=r2=r (hình IV-9a), và điểm

A phải luôn nằm trong mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi đường tâm hai trục quay đó Khi trục 1 và trục 2 và khi góc lệch trục bị thay đổi, điểm tiếp xúc chung A sẽ chuyển dời trong không gian Quỹ đạo của điểm A sẽ là một phần của mặt cầu có tâm là O và bán kính OA (đây chính là mặt phẳng phân giác của góc lệch hai trục)

Để đảm bảo khoảng cách r1=r2 thì cấu tạo, hình dáng và kích thước của hai nạng tạo thành khớp phải hoàn toàn như nhau và phải có kết cấu luôn đảm bảo sự tiếp xúc của hai nạng này Điểm chung của hai nạng nằm trong mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi đường tâm trục quay được đảm bảo bởi các rãnh phân chia hai nạng (IV-9b)

4.3.2 Cấu tạo các đăng đồng tốc1 Các đăng bi đồng tốc kiểu VâyxơHình IV-10 là các chi tiết của các đăng Vâyxơ.

Đặc điểm cấu tạo:Khớp có hai nạng 3 và 4 được chế tạo liền trục, nạng có cấu tạo hình dáng, kích thước hoàn toàn giống nhau Mỗi nạng có bốn rãnh được bố trí đối xứng nhau, và đường tâm của các rãnh này là các cung tròn có bán kính giống nhau, chiều dài của rãnh là góc lệch giới hạn của hai trục Ở trạng thái lắp ráp bốn rãnh chứa bốn viên bi (2) ở giữa có một viên nhỏ hơn (1) đặt ở đầu mút hai nạng để định vị các nạng này

Khi quay trục 5, nạng 4 quay theo các viên bi xung quanh làm nạng 3 quay , cả bốn viên bi sẽbị dịch chuyển để sao cho năm viên bi luôn luôn nằm trên mặt phẳng phân giác của các góc lệch hai trục (hình IV-9b)

2 Khớp các đăng đồng tốc kiểu camKhớp các đăng đồng tốc kiểu cam được mô tả trên hình (IV-11)Đặc điểm cấu tạo

Khớp các đăng đồng tốc kiểu cam (thông thường) gồm: hai nạng 1 và 5 hai cam 2 và 4 và đĩa3 Mỗi nạng đều có bề mặt trụ trong như nhau (C) Mỗi cam có bề mặt trụ ngoài A

Ổ đỡ trung gian 3 có giá đỡ bằng kim loại, lắp cố định lên xà ngang của khung xe bằng các bulong Vòng cao su 15 cho phép giảm ứng suất gây ra do sự lắp ghép không chính xác vị trí của các cụm và do sự biến dạng (uốn xoắn) của khung xe khi nó chuyển động trên đường không bằng phẳng

Mối ghép then hoa giữa đuôi trục (12) của nạng (7) với ống then hoa 11 cho phép thay đổi được chiều dài của trục 5 khi vị trí tương đối của truyền lực chính cầu xe thay đổi so với khung xe

4.3 Khớp các đăng đồng tốc4.3.1 Nhiệm vụ và nguyên tắc cấu tạoKhớp nối các đăng có tỷ số giữa ω2

ω1 luôn luôn bằng 1 là khớp đồng tốc Khớp các đăng đồng

tốc dùng để nối dẫn động đến các bánh xe dẫn hướng chủ động đảm bảo tốc độ góc như nhau giữa trục chủ động và bị động, vì vậy sẽ làm tăng tính ổn định của bánh xe dẫn hướng và không phát sinh tải trọng quán tính phụ tác dụng lên bánh xe dẫn hướng Khớp các đăng đồng tốc đảm bảo truyền lực với góc lệch thay đổi lớn sẽ làm tăng tính cơ động quay vòng

Xét hai trục quay 1 và 2 dặt lệch nhau một góc là α mỗi trục có một đoạn nối và chúng có

điểm tiếp xúc chung là A (trên hình IV-9)

Muốn cho tốc độ quay luôn luôn bằng nhau (ω1=ω2) của hai trục quay nối với nhau bằng khớp, điểm tiếp xúc A luôn phải đảm bảo khoảng cách từ nó đến đường tâm các trục quay

là như nhau (phần này đã đề cập đến ở khớp các đăng đơn) tức là r1=r2=r (hình IV-9a), và

điểm A phải luôn nằm trong mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi đường tâm hai trục quay đó Khi trục 1 và trục 2 và khi góc lệch trục bị thay đổi , điểm tiếp xúc chung A sẽ chuyển đời trong không gian Quỹ đạo của điểm A sẽ là một phần của mặt cầu có tâm là O và bán kính OA (đây chính là mặt phẳng phân giác của góc lệch hai trục), và rãnh trong B.

Khi lắp ráp thành khớp thì bề mặt trụ ngoài của cam A sẽ ép vào bề mặt trong C của các nạng, còn đĩa 3 nằm trong hai rãnh B của hai cam Như vậy mỗi trục quay cùng với mỗi nạngvừa có thể quay xung quanh đường tâm của đĩa 3 lại vừa có thể quay quanh đường tâm của các bề mặt trụ ngoài A của các cam Nghĩa là chúng có thể quay quanh hai đường tâm trục luôn vuông góc với nhau Như vậy khớp các đăng cam kép thực chất là truyền động khớp các đăng kép khác tốc bố trí nối tiếp nhau nên trục 6 và trục của nạng 1 luôn có cùng tốc độ góc

Người ta cũng có thể làm hai khớp các đăng khác tốc nối tiếp nhau và nạng ở giữa nối với các ổ của hai trục chữ thập và yêu cầu các ngõng trục của nạng giữa phải cùng nằm trên mộtmặt phẳng Để đảm bảo định vị các nạng 1, 5, các cam 2, 4, đĩa 3 và đảm bảo đường tâm đĩa3 luôn cắt đường tâm chốt quay lái người ta dùng các ống lót định tâm, cùng các vòng chặn…

Người ta ứng dụng khớp các đăng đồng tốc vào trong các bán trục của cầu chủ động dẫn hướng của ô tô

- Cho phép truyền momen xoắn từ bánh răng bán trục ra bánh xe chủ động đều như nhau(về tốc độ góc của hai đoạn trục qua khớp các đăng)

- Cho phép bánh xe dẫn hướng vẫn truyền lực lại lệch được phương chuyển động để thay đổi hướng chuyển động của ô tô

Kết cấu cụ thể của cầu điều khiển chủ động ta xem hình (VI-3) ở chương VI “Khung xe và cầuđiều khiển”

4.4 Tính toán số vòng quay nguy hiểm của trục các đăngTrong lý thuyết dao động người ta thường xét đến hiện tượng cộng hưởng ở những trục dài và quay với những tốc độ lớn nào đó Trục các đăng thuộc vào diện xét trên Các đăng khi

chế tạo có sai số, cân bằng thiếu chính xác nên khối lượng của trục phân bố không đều trọngtâm của nó bị lệch một đoạn là e so với đường tâm của trục Khi quay sẽ sinh ra lực li tâm làm cho trục có độ vòng y Xét điều kiện cân bằng của trục theo hình IV-12 ta có: lực li tâm bằng lực đàn hồi:

m ( y+e )ω2=C yE J

⇒ y=m ω2eCEJ

l3 −mω2

Độ võng y nếu tiến đến vô cùng có nghĩa là xảy ra hiện tượng cộng hưởng phá hoại trục, khi

tốc độ góc của trục đạt đến một giá trị giới hạn (nguy hiểm), ωt: tốc độ tới hạn

ω=ωt√CEJl3mHoặc nt=30

π √CEJl3m (4.12)

Trong đó:

nt : độ võng tới hạn (v/ph)C : hệ số xét đến ảnh hưởng của gối tựaE : modun đàn hồi (N m−2)

J : momen quán tính của tiết diện trục (m4)

l : chiều dài của trục các đăng (m).m : khối lượng của trục (kg).

Ví dụ: tính vòng quay nguy hiểm của một trục tròn đặc đường kính D đặt tự do trong các gối đỡ Ta có:

J=π D

4

64 ;m=

Gg=

π D2

4 lγ

gγ=0,78.106N m−3 (trọng lượng riêng của thép)

E=2,10 1011N m−2;C=384

5 thay vào (4.12)Ta có:

ntnmax=1,2 ÷ 2,0 Trong đó:

nmax – số vòng quay cực đại của trục các đăng ứng với tốc độ lớn nhất của xe ô tô (v/ph)

Khi cần tính toán và thiết kế truyền động các đăng người ta dựa vào cách bố trí các đăng trên xe, tính toán số vòng quay nguy hiểm, tính toán sức bền của trục, nạng, trục chữ thập theo uốn, dập, cắt, xoắn theo sức bền vật liệu