kiểm nghiệm cầu chủ động của xe kamaz

Trờn xe sử dụng dẫn động ly hợp thuỷ lực trợ lực khớ nộn, cú bộ chia đặt trước hộp số chớnh với dẫn động khớ nộn, được trang bị vi sai giữa cầu giữa và cầu sau, hệ thống phanh nhiều dũng

Chơng I GiớI THIệU CHUNG Về XE KAMAZ 1.1 Giới thiệu chung về xe Kamaz:

Kamaz là dòng xe tải hạng nặng do nhà mỏy ụtụ Kamaxki của Nga sản xuất

từ những năm đầu của thập niên 70 của thế kỷ trứơc.Các nhà khao học đã rày công ngiên cứu 1 dòng xe có thể làm viêc ở những có điều kiện làm việc rất khó khăn và họ đă thanh công, đợc các bạn hàng trong nơc cũng nh ngoài nớc rất tin dùng dòng xe này bởi khả năng thông qua nhiều đìa hìng khác nhau và nhiều tính năng u việt khác của nó Dòng xe này đợc chế tạo nhằm mục đích chuyên chở các loại vât liệu, khoáng sản và các loại nguyên liệu khác

Kamaz là dòng xe có rât nhiều loại: Kamaz 5320(6ì4), Kamaz 5321(6ì4), Kamaz 5410 (4ì4), Kamaz 54115(6ì4)… Với khối lợng chở cũng rất đa dạng:

có loại chở 5 tấn, có loại chở 10 tấn…

Hỡnh 1.1 Hỡnh dỏng ngoài của ụtụ KamAZ - 5320

Xe Kamaz - 5320 đặt động cơ diesel Kamaz 740 ở phớa trước, trong buồng lỏi, vỡ vậy hệ số sử dụng chiều dài tăng lờn, người lỏi nhỡn thoỏng hơn, tầm quan sỏt rộng hơn, động cơ được làm mỏt tốt hơn do tận dụng được dũng khớ ngược

và ca bin được thiết kế tự lật về đằng trước để thuận tiện trong bảo dưỡng sửa chữa, thay thế Trờn xe sử dụng dẫn động ly hợp thuỷ lực trợ lực khớ nộn, cú bộ chia đặt trước hộp số chớnh với dẫn động khớ nộn, được trang bị vi sai giữa cầu giữa và cầu sau, hệ thống phanh nhiều dũng độc lập,…nhằm nõng cao độ tin cậy, khả năng thụng qua của xe trong cỏc điều kiện khai thỏc khỏc nhau

4

Động cơ : Xe Kamaz- 5320 sử dụng động cơ Diesel kiểu Kamaz – 740 bốn

kỳ , 8 xi lanh, bố trí hình chữ V, công suất lớn nhất 210 mã lực ở số vòng quay trục khuỷu 2600 vg/ph Mô men xoắn lớn nhất 65 KG.m ở số vòng quay trục khuỷu 1600 – 1800 vg/ph

Hệ thống truyền lực : Kiểu cơ khí, có cấp, bố trí theo sơ đồ thông qua gồm ly

hợp, bộ chia ( hộp số phụ đặt trước hộp số chính ), hộp số chính, truyền động các đăng và cầu chủ động

- Ly hợp kiểu ma sát khô, hai đĩa, thường đóng Đĩa bị động có giảm chấn xoắn,

lò xo ép bố trí xung quanh, dẫn động mở ly hợp bằng thuỷ lực (thuỷ tĩnh ) có trợ lực khí nén

- Bộ chia hai cấp ( tỷ số truyền 1 và 0,815 ), bố trí trước hộp số chính dẫn động điều khiển bằng khí nén

- Hộp số chính cơ khí ba trục dọc, 5 số truyền, đồng tốc quán tính hoàn toàn ở

số II –III và IV – V Dẫn động bằng cơ khí

- Truyền động các đăng hở, khớp các đăng dùng ổ thanh lăn kim

- Xe có hai cầu chủ động bố trí theo sơ đồ thông qua Cầu chủ động giữa và sau đều sử dụng truyền lực chính kép bố trí trung tâm gồm có một cặp bánh răng côn xoắn và một cặp bánh răng trụ răng nghiêng, tỷ số truyền là 5,43 Vi sai bánh răng côn có bốn bánh răng vệ tinh Bán trục giảm tải hoàn toàn

Hệ thống treo : Treo trước kiểu nhíp và có giảm chấn ống Treo sau là treo cân

bằng có phần tử đàn hồi nhíp và 6 thanh giằng

Hệ thống chuyển động : gồm bánh xe và lốp Lốp loai radial (hướng kính ) ký

hiệu lốp là 260 – 508P, áp suất trong lốp là 4,3 KG/cm2

Các hệ thống điều khiển :

- Hệ thống lái kiểu cơ khí có trợ lực thuỷ lực gồm cơ cấu lái, dẫn động lái, trợ lực lái

Cơ cấu lái kiểu vít - đai ốc – thanh răng – cung răng tỷ số truyền là 20, có

bộ truyền bánh răng côn tỷ số truyền bằng 1 Dẫn động lái cơ khí gồm vành lái , cọc lái, trục lái, các đăng trục lái, đòn quay đứng, cam quay, thanh lái dọc, đòn

- Hệ thống phanh nhiều dòng độc lập gồm phanh chính, phanh tay, phanh bổ trợ

và phanh chậm dần Phanh chính có cơ cấu phanh kiểu tang trống, 2 guốc phanh, dẫn động kiểu khí nén, 2 dòng độc lập ( cầu trước + cầu giữa và cầu sau ) Phanh rơmoóc kiểu hỗn hợp Phanh tay có cơ cấu phanh guốc ở bánh xe

và dẫn động khí nén Phanh bổ trợ ( còn gọi là phanh động cơ ) cơ cấu phanh kiểu tiết lưu, dẫn động bằng khí nén và đặt ở ống xả của động cơ

Khung, ca bin, thùng xe :

- Khung xe: kiểu hai dầm dọc, có sáu dầm ngang, phía trước có đòn chắn và phía sau có kết cấu kéo moóc

- Ca bin lật , kiểu kín, có 3 chỗ, ghế lái điều chỉnh được

- Thùng xe kim loại, thành bên và sau có thể lật Chiều dài thùng xe là 5200mm, chiều cao thành kim loai là 500mm Diện tích sàn trở hàng là 12,05m2 Các thông số kích thước cơ bản của xe được biểu diễn trên hình 1.2

Hình 1.2 Các kích thước của ôtô KamAZ - 5320

6

1.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản của xe Kamaz – 5320: Các thông số kỹ

thuật cơ bản của xe Kamaz - 5320 đựơc chỉ ra trên bảng 1.1

Đơn vị (4 )

1

Thông số khối lượng

Tải trọng trên đường tốt 8.440 Tấn

Trọng lượng xe khi đầy tải 155000 KG

Trọng lượng xe khi không tải 70600 KG

Tải trọng phân bố ra cầu trước 45000 KG

Tải trọng phân bố ra cầu giữa-sau 110000 KG

Trọng lượng moóc kéo trên đường tốt 12 Tấn

2

Thông số kích thước

Chiều dài cơ sở 3850 mm

Khoảng cách cầu giữa và cầu sau 1320 mm

Chiều rộng cơ sở cầu trước 2026 mm

Chiều rộng cơ sở cầu giữa - sau 1856 mm

Thông số chất lượng khai thác

Vận tốc lớn nhất khi toàn tải 80 - 100 Km/h

Bán kính quay vòng nhỏ nhất theo tai xe 9.3 m

Dự trữ hành trình theo nhiên liệu 650 Km

Quãng đường phanh khi đầy tải ở vận tốc

Hình 1.2: Cầu chủ động xe kamaz

Cầu chủ động xe kamaz 5320 nằm ở cầu giữa và cầu sau 2 cầu này đợc liên kết với nhau bằng vi sai côn đói xứng, có khoá vi sai và đợc truyền mômen xoắn chỉ bằng 1 đờng truyền Truyền lực chính của cầu là TLC kép bố trí trung tâm Bánh răng trụ chủ động đựơc chế tạo liền trục với trục trung gian, bấnh răng trụ

bị động là 1 vành răng đợc ghép với bánh răng trên vỏ sai bằng mối ghép bu lông

Vi sai cầu là vi sai côn đối xứng, bán trục là bán trục giảm tảI hoàn toàn, bánh răng bán trục liên kết với bánh răng vi sai, dầm cầu là dầm liền để tăng tính chịu lực

Chơng II phân tích đặc điểm kết cấu cầu xe kamaz

2.1 Yêu cầu đối với cầu xe

Cầu xe chủ động là tổng thành cuối cùng trong hệ thống truyền lực Nó có

chức năng là tăng mô men, truyền mô men và phân phối mô men xoắn tới các

bánh xe chủ động Mặt khác nó còn nhận phản lực từ mặt đờng tác dụng lên và

đỡ toàn bộ phần trọng lợng của xe phân bố lên cầu

Cầu chủ động của ô tô bao gồm các cụm tổng thành sau:

- Truyền lực chính

- Cơ cấu vi sai

- Bán trục

- Dầm cầu

Để đảm bảo khả năng làm việc cầu xe phải đạt đợc các yêu cầu sau :

- Bảo đảm truyền lực đều, có tỷ số truyền hợp lý phù hợp với chất lợng kéo và tính kinh tế nhiên liệu

- Hiệu suất truyên động cao, làm việc không ồn

- Kích thớc nhỏ gọn để tăng khoảng sáng gầm xe

- Trọng lợng nhỏ để giảm tải trọng động

- Đảm bảo động học đúng các bánh xe dẫn hớng và toàn xe khi quay vòng

2.2 Truyền lực chính

Truyền lực chính là một bộ phận rất quan trọng trong cầu xe,

a Công dụng, yêu cầu

Truyền lực chính có những công dụng nh sau :

- Truyền và thay đổi mô men

- Thay đổi phơng truyền lực

Để bảo đảm khả năng làm việc truyền lực chính cần đạt các yêu cầu:

- Đảm bảo tỷ số truyền cần thiết nhằm bảo đảm hiệu suất cao ngay cả khi nhiệt độ và số vòng quay thay đổi

- Đảm bảo đủ bền, độ cứng vững cao, gối đỡ làm việc không ồn, kích thớc nhỏ gọn

Đối với cầu chủ động của xe kamaz thì dùng truyền lực chính kép bố trí trung tâm

b.Truyền lực chính của xe kamaz 5320

TLC của xe Kamaz là TLC kép bố trí trung tam Truyền lực chính này có trục chủ động xuyên thông để dẫn động cầu giữa và cầu sau bằng 1 đờng truyền Gồm 2 cụm

Cấp thứ nhất bao gồm cặp bánh răng côn có cấu tạo nh trong các truyền lực chính một cấp bánh răng côn đã trình bày Trong kết cấu này bánh răng côn bị

động không lắp lên vỏ vi sai mà đợc chế tạo liền với một bánh răng trụ nhỏ Trục mang bánh răng côn bị động và bánh răng trụ nhỏ đợc gối trên vỏ cầu băng hai ổ

Truyền lực chính kép là bộ truyền sử dụng 2 cặp bộ truyền ăn khớp, so với

truyền lực chính đơn thì truyền lực chính kép có tỷ số truyền lớn hơn mà vẫn

đảm bảo khoảng sáng gầm xe tốt

ổ đỡ bên trái của trục trung gian đựoc đặt trong hốc của bánh răng côn bị

động là ổ thanh lăn kim ổ này dùng để đỡ 2 ổ bên trái của trục trung gian là ổ thanh lăn côn làm nhiệm vụ đỡ chặn, điều chỉnh khe hở 2 ổ này là dùng đệm bên trên Đồng thời nó cũng dùng để điều chỉnh sự ăn khớp của 2 bánh răng côn

2.3 Vi sai

Vi sai là bộ phận rất quan trọng trong cầu xe,

a Công dụng, yêu cầu

Vi sai có những công dụng nh sau :

Đảm bảo cho các bánh xe chủ động quay đợc với các tốc độ góc khác nhau,

đồng thời dùng để phân chia mô men xoắn cho các bánh xe của một cầu xe chủ

động hoặc cho các cầu xe chủ động của một xe

Để bảo đảm khả năng làm vi sai cần đạt các yêu cầu:

- Phân phối mô men cho các bánh xe một cách hợp lý

- Bảo đảm cho các bánh xe quay với các vận tốc góc khác nhau Khi quay vòng các hệ số cản trên một cầu khác nhau và hệ số bám khác nhau

- Hiệu suất làm việc cao, độ tin cậy làm việc tốt, kích thớc và trọng lợng nhỏ

b Phân tích kết cấu vi sai của cầu chu động của xe kamaz 5320

Vi sai của cầu chu động của xe kamaz là vi sai côn đối xứng.đây là loại vi sai rât phổ biến Các bánh răng hành tinh trong vi sai và vỏ vi sai có the tháo rời Vi sai đối xứng thuộc loại vi sai có ma sát trong bé

Vi sai đối xứng thuộc loại vi sai có ma sát trong bé Về mặt kết cấu xe có tải trọng lớn và xe có tải trọng bé vi sai nh nhau chỉ khác ở số bánh răng vi sai, ở kết cấu vỏ vi sai và các bánh răng bán trục Số bánh răng hành tinh phụ thuộc vào mô men xoắn đặt trên vỏ vi sai và bánh răng hành tinh với vỏ vi sai có thể tháo rời đợc hoặc liền nhau Tổng số răng của bánh răng bán trục chọn bằng bội số của số của số răng bánh răng hành tinh Mặt tháo rời thờng đi qua trục của các bánh răng hành tinh, các nữa hộp đợc lắp đồng tâm nhờ các gờ Mặt bích của vỏ

vi sai dùng lắp ghép bánh răng bị động của truyền lực trung ơng Giữa các mặt tỳ của bánh răng hành tinh mặt cầu thờng có đĩa đồng để giảm ma sát và để dễ đặt

đúng các bánh răng vi sai

Hinh 2.2: sơ đồ nguyên lý của vi sai côn đôí xứng

* u điểm :

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hạ

- Việc phân phối mô men xoắn cho các bánh xe chủ động thích hợp với những trờng hợp xe chạy trên đờng tốt hoặc điều kiện chuyển động của hai bánh xe nh nhau

- Giảm tải trọng động cho dẫn động các bánh xe, giảm mòn lốp, giảm suất tiêu hao nhiên liệu và điều khiển dễ dàng

- Truyền mô men xoắn từ truyền lực chính đến các bánh xe chủ động

- Chịu một phần tải trọng từ mặt đờng truyền lên qua bánh xe

Để bảo đảm khả năng làm bán cần đạt các yêu cầu:

- Dù hệ thống treo nằm ở vị trí nào truyền động đến các bánh xe chủ động cũng phải đảm bảo truyền hết mô men xoắn đến các bánh xe chủ động

- Khi truyền mô men quay vận tốc góc của các bánh xe chủ động cũng nh bánh

xe dẫn hớng đều không thay đổi

b Phân tích kết cấu bán trục trên cầu chủ độnh xe kamaz

12

Bán trục trên cầu chủ độnh xe kamaz là loại bán trục giảm tải hoàn toàn.ổ ở ngoài là 2 ổ bi côn

Nh vậy bán trục chỉ chịu tác dụng của mô men Mk hay Mp từ phía vi sai (khi phanh bằng phanh trung ơng) và mô men Mk hay Mp từ phía đờng tác dụng lên (khi hãm bằng phanh trung ơng)

Các lực Xk, Y, Zbx sẽ không truyền đến trục mà chỉ truyền đến dầm cầu

Hình-2.3 Bán trục giảm tải hoàn toàn

* u điểm :

- Nó chỉ chịu mô men xoắn tác dụng lên bán trục khi xe hoạt động

- Kích thớc của bán trục không yêu cầu lớn mà vẫn bảo đảm truyền tốt mô men xoắn đến các bánh xe

- Khi bán trục bị vỡ thì vẫn có thể kéo xe mà không cần dùng thiết bị phụ khác

* Nhợc điểm :

Do trục của moayơ bánh xe và bánh răng bán trục của bộ vi sai ở cầu xe không đồng trục nên khó giữ bán trục vuông góc với bánh xe Vì vậy khi xiết bu lông bắt bán trục với moayơ bánh xe sẽ phát sinh biến dạng uốn ở bán trục và

đầu phía trong của bán trục tựa trên thành lỗ của bánh răng bán trục của bộ vi sai

Loại này sử dụng phổ biến trên du lịch, ô tô chở khách, các xe vận tải trung bình và lớn nh: Gaz-53, Maz-200, Zil-150,…

2.5 Dầm cầu

a Công dụng, yêu cầu

Dần cầu có những công dụng sau :

Để bảo vệ các cụm cơ cấu bên trong (vi sai, truyền lực chính, ) tránh chảy…dầu bơi trơn ra ngoài, tránh lọt bụi, lọt nớc, vào các cơ cấu bên trong vỏ cầu.…

- Với hệ thống treo phụ thuộc còn dùng để đỡ toàn bộ trọng lợng của phần đợc treo của xe phân bố lên cầu đó Nó còn nhận và truyền các phản lực, các mô men phát sinh do tác động tơng hỗ giữa bánh xe với mặt đờng lên khung xe hoặc vỏ xe

1.b Phân tích kết cấu dầm cầu:

Dầm cầu của xe kamaz là dầm cầu liền

Dầm cầu chế tạo bằng phơng pháp đúc, nó có trọng lợng lớn, kích thớc lớn, độ cứng vững cao Vì là vỏ cầu ghép nên việc tháo lắp vỏ vi sai và truyền lực chính

ra để điều chỉnh và thay thế dễ dàng hơn so với vỏ cầu loại liền

Nếu vỏ cầu chế tạo bằng phơng pháp dập hàn thì trọng lợng và kích thớc nhỏ gọn hơn và giá thành hạ hơn chế tạo bằng phơng pháp đúc (trọng lợng giảm 30%) song nó có nhợc điểm là độ cứng vững không cao, để khắc phục ngời ta có những biện pháp kết cấu và công nghệ tăng cứng

Dầm cầu liền đợc áp dụng phổ biến với các loại xe tải trọng vừa và lớn, hiện nay nó cũng sử dụng với các xe tải, xe kéo nhng có các biện pháp kết cấu để tăng cứng vững cho vỏ

Chơng Iii tính toán kiểm nghiệm cầu xe chủ động

3.1 Các số liệu ban đầu

Để làm cơ sở cho tính toán thiết kế theo đề tài sau đây tôi đa ra các thông số

tham khảo của xe UAZ-31512 :

Bảng3.1:

14

3.2 Tính toán kiểm nghiệm các chi tiết của cầu xe

Trong phần này ta đi tính toán đối với các bộ phận sau :

- Truyền lực chính kép

- Vi sai bánh răng côn đối xứng

- Bán trục giảm tải hoàn toàn

- Dầm cầu là loại liền

3.2.1 Tính toán kiểm nghiệm truyền lực chính

Bảng 3.2: Các thông số của TLC

Thông số Bánh răng

Chủ động Bị động

Góc nghiêng đờng xoắn răng β =190

Chiều dài đờng sinh trung bình Lm= 120 mm

Chiều rộng vành răng bc= 76 mm bc= 70 mmMô đun pháp tuyến mặt đáy răng mn= 6 mm

Mô đun pháp tuyến trung bình mntb= 4 mm

cos cos

sin ,

[3.2]

ở đây có dấu (+) vì ta chọn chiều quay của bánh rằng chủ động là quay phải còn chiều xoắn của răng là xoắn trái và khi xác định lực hớng kính R lấy dấu (-) Thay số vào và tính cho bánh răng chủ động (vì nó chịu tải nặng hơn)

b Tính toán kiểm tra bền các bánh răng truyền lực chính

- Kiểm tra bánh răng theo ứng suất uốn :

[ ]u

n u

y m b

85 ,

Z

Ta chọn Ztđ = 9 suy ra y = 0,4

[ ]σu -ứng suất uốn cho phép, [ ]σu =700 – 900 Mpa

Thay số vào ta có :σn=224,5.106 [N/m2] = 400,23 Mpa

Vậy ta thấy bánh răng bảo đảm bền theo ứng suất uốn

- Kiểm tra bánh răng theo ứng suất tiếp xúc :

[ ]tx

td td tx

r r b

E P

σ α

1 1 sin cos

.

418 ,

itb itd

r r

δ

β cos cos 2

Thay số vào ta có :

σtx = 1766,97 [MPa]

[ ]σtx = 1500 − 2500 [MPa]

Vậy bánh răng bảo đảm bền theo ứng suất tiếp xúc

3.2.2 kiểm nghiệm trục và ổ đỡ

- Tính toán kiểm nghiêm trục ta tiến hành tính bền uốn và bền mỏi Do các trục này ngắn và đợc đỡ khả chắc chắn nên các trục này bảo đảm độ bền làm việc tốt

- Chọn ổ đỡ :

Do sử dụng truyền lực chính kép nên ta chọn trục bánh răng trung gian bố trí theo kiểu bố trí ổ đỡ hai phía Dựa vào kiểu bố trí trục bánh răng và tra các bảng trong sách “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí” tôi chọn nh sau :

Hình 3.2: Sơ đồ ổ đỡ trục trung gian

3.2.3 kiểm nghiệm vi sai

vi sai bánh răng côn đối xứng có sơ đồ động học nh sau :