thiết kế cầu sau cho xe suv

Các nhà máy ô tô đangmọc lên rất nhiều, nhiều loại ô tô sẽ đợc chế tạo và lắp ráp tại Việt Nam vớicác thông số kỹ thuật cao, tính năng tác dụng phù hợp với địa hình thời tiết ởnớc ta.Do

Mục Lục

Lời nói đầu 4

Chơng I : tổng quan về cầu xe 5

1.1 Các yêu cầu đối với cầu xe 5

1.1.1 Công dụng 5

1.1.2 Phân loại 6

1.1.3 Yêu cầu 8

1.2 Phân tích kết cấu 8

1.2.1 Phân tích kết cấu của các loại truyền lực chính 8

1.2.2 Phân tích kết cấu của các loại vi sai 11

1.2.3 Phân tích kết cấu các loại bán trục 13

1.2.4 Phân tích một số kết cấu dầm cầu 16

1.3 Chọn phơng án thiết kế 17

Chơng II : Cơ sở tính toán thiết kế cầu xe 19

2.1 Mục đích nội dung tính toán thiết kế cầu xe 19

2.1.1 Mục đích 19

2.1.2 Nội dung 19

2.2 Các thông số tham khảo 19

Chơng III : tính toán thiết kế cầu xe 20

3.1 Xác định các thông số cơ bản 20

3.2 Tính toán chi tiết của cầu xe 20

Kết luận 28

Tài liệu tham khảo 29

Lời nói đầu

Đồ án môn học là một phần không thể thiếu đợc đối với mỗi ngời học viên trong quá trình học tập tại trờng nhằm củng cố, hoàn thiện những kiến thức đã đợc trang bị và nâng cao khả năng áp dụng lý thuyết đã học vào thực

tế công việc sau này mà trớc mắt là đồ án tốt nghiệp Qua đó giúp học viên hệ thống lại các kiến thức chuyên ngành đã học, đồng thời bổ sung những kiến thức mà bản thân còn thiếu sót trong quá trình học tập và giúp cho học viên có khả năng t duy khoa học trong thực hiện công việc

Ngành ô tô giữ một vị trí quan trọng trong sự nghiệp phát triển của xã hội Xe ô tô đợc phổ biến trong toàn bộ nền kinh tế quốc dân, ở nhiều lĩnh vực khác nhau nh: nông lâm nghiệp, giao thông vận tải, quốc phòng an

ninh Nhiều thành tựu khoa học đã đợc áp dụng vào nghành công nghiệp chếtạo ô tô nhằm mục đích nâng cao khả năng phục vụ, nâng cao độ tin cậy của ôtô Các nội dung này nhằm mục đích giảm nhẹ cờng độ lao động của ngời lái,

đảm bảo an toàn tốt nhất cho nguời và hàng hoá phơng tiện, tăng vận tốc trungbình, tăng tải trọng hàng hoá vận chuyển, tăng tính tiện nghi và tính kinh tếnhiên liệu, giảm giá thành sản xuất Ngày nay, nền kinh tế đất nớc ta đangtrên đà phát triển, trong đó nghành công nghiệp ô tô không ngừng tăng trởngcả về quy mô và chất lợng sản xuất chế tạo, lắp ráp Các nhà máy ô tô đangmọc lên rất nhiều, nhiều loại ô tô sẽ đợc chế tạo và lắp ráp tại Việt Nam vớicác thông số kỹ thuật cao, tính năng tác dụng phù hợp với địa hình thời tiết ởnớc ta.Do vậy việc nghiên cứu những vấn đề lí thuyết và kết cấu ô tô mộtcách cẩn thận sẽ giúp chúng ta sử dụng và khai thác các loại xe một cách cóhiệu quả, đáp ứng yêu cầu giữ tốt, dùng bền, an toàn, tiết kiệm Đây là mộtyêu cầu cần thiết đối với ngời cán bộ kỹ thuật nghành xe và kỹ s cơ khí độnglực trong khai thác sử dụng cũng nh thiết kế chế tạo sau này Thực hiện đồ ánmôn học là tổng hợp kiến thức lý thuyết áp dụng vào bài toán cụ thể góp phầntích luỹ và nâng cao các kiến thức đã đợc học

Nhiệm vụ đồ án môn học: “Thiết kế cầu sau cho xe SUV” Gồm các nộidung chính nh sau:

1.1.1 Công dụng

Cầu xe chủ động là tổng thành cuối cùng trong hệ thống truyền lực Nó cóchức năng là tăng mô men, truyền mô men và phân phối mô men xoắn tới cácbánh 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 có những công dụng nh sau :

- Truyền và thay đổi mô men xoắn từ truyền động các đăng tới bộ vi sai

- Thay đổi phơng truyền lực một góc 900 từ truyền động các dăng xuống

- Trờng hợp đặc biệt dùng để thay đổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực.

2 Vi sai

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 xechủ động hoặc cho các cầu xe chủ động của một xe

3 Bán trục

Bán trục là bộ phận dùng để truyền lực tới bánh xe, nó có nhiều loại khác

nhau tuỳ theo cách phân loại

Dầm cầu là bộ phận rất quan trọng của cầu xe, dầm cầu thờng đợc làm bắng

vật liệu gang hay thép

Dầm cầu có những công dụng sau:

- Để bảo vệ các cụm cơ cấu bên trong (vi sai, truyền lực chính) tránh chảydầu 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, cácmô men phát sinh do tác động tơng hỗ giữa bánh xe với mặt đờng lên khung

- Vi sai giữa các cầu xe

- Vi sai giữa các truyền lực cạnh

b Theo đặc điểm phân bố mô men:

- Vi sai ma sát trong cao k= 0,2- 0,7

- Vi sai khoá hoàn toàn k > 0,7

3 Bán trục

Bán trục đợc phân loại theo các chỉ tiêu sau đây:

a Theo kết cấu của cầu:

- Cầu liền

- Cầu rời

b Theo mức độ chịu lực hớng kính và lực chiều trục:

- Loại bán trục không giảm tải

- Loại bán trục giảm tải một nửa

- Loại bán trục giảm tải ba phần t

- Loại bán trục giảm tải hoàn toàn

4 Dầm cầu

Dầm cầu đợc phân loại theo các chỉ tiêu sau:

a Theo đặc điểm kết cấu:

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 truyền động cao, làm việc không ồn

1 Truyền lực chính

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 khinhiệt độ và số vòng quay thay đổi

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

2 Vi sai

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 quayvòng 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 lợngnhỏ

3 Bán trục

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

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

b Khi truyền mô men quay vận tốc góc của các bánh xe chủ động cũng nhbánh xe dẫn hớng đều không thay đổi

4 Dầm cầu

Có độ cứng vững và độ bền cao (trọng lợng nhỏ) chịu đợc uốn, xoắn tốt,không bị gãy trong quá trình làm việc Phải đảm bảo bố trí tốt các cụm trêndầm cầu

1.2 Phân tích kết cấu

1.2.1 Phân tích kết cấu của các loại truyền lực chính

Sau đây ta đi phân tích kết cấu cụ thể của một số truyền lực này và chọn

ph-ơng án thiết kế cho bài toán

1 Truyền lực chính đơn

a truyền lực chính bánh răng côn răng thẳng:

- Nếu xe có tỷ số truyền lớn thì kích thớc của bộ truyền lớn.

- Làm việc ồn, hiệu suất thấp, số răng ăn khớp đồng thời ít

Do nhiều nhợc điểm nên hiện nay loại này ít đợc sử dụng

b Truyền lực chính bánh răng côn răng xoắn:

Gồm bánh răng chủ động đợc chế tạo liền trục còn bánh răng bị động đợcchế tạo rời thành vành răng Vành răng sau khi chế tạo đợc lắp ghép cố địnhvới vỏ vi sai thành một khối

ợng kẹt răng Còn nếu chiều xoắn của răng và chiều quay của bánh răng ngợcnhau thì lực chiều trục sẽ đẩy bánh răng chủ động rời khỏi bánh răng bị động Loại này đợc sử dụng trên nhiều loại xe, nhất là các loại xe con.

c Truyền lực chính hypôit :

Nó có đặc điểm là đờng tâm của bánh răng chủ động và bánh răng bị động

đợc bố trí lệch nhau một khoảng lệch trục e Trục chủ động có thể đợc bố trídới hay trên tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật của từng xe

i0- Tỷ số truyền của bộ truyền hypôit

Z1,Z2-Số răng của bánh răng chủ động và bị động

β1, β2-Góc nghiêng đờng răng của bánh răng chủ động và bị động [độ]

- Số răng của bánh răng chủ động nhỏ nhất có thể 5-6 mà vẫn đủ bền và ănkhớp tốt

- Làm việc êm dịu

- Hiệu suất cao (0,94-0,96)

- Khi chế tạo bộ truyền không đòi hỏi vật liệu thật tốt

- Có thể dịch chuyển đợc trục của bánh răng chủ động so với bánh răng bị

- áp suất riêng chỗ tiếp xúc răng của bộ truyền nhỏ.

* Nhợc điểm :

- Hiệu suất thấp do ma sát lớn, có hiện tợng tự hãm, lực chiều trục lớn

- Khi trục vít dới bánh vít thì khoảng sáng gầm xe giảm nhng làm tăng góclệch trục các đăng.Trục vít trên thì tăng khoảng sang gầm xe nhng khó khăntrong bôi trơn bộ truyền

- Chế tạo trục vít - bánh vít phức tạp, bánh vít thờng chế tạo bằng kim loạimàu (thờng là đồng)

b Truyền lực chính kép bố trí tách cụm :

Thờng bánh răng côn cùng bộ vi sai ở trung tâm còn các bánh răng trụ đặt

ở sờn xe hình thành hộp giảm tốc bánh xe (truyền lực cạnh) Truyền lực cạnh

có thể là cặp bánh răng trụ ăn khớp trong, ăn khớp ngoài hoặc bộ truyền hànhtinh

3 Truyền lực chính hai cấp

Hình 1.3: Truyền lực chính hai cấp

Sử dụng trên ô tô khi cần thiết phải mở rộng khoảng tỷ số truyền của hệthống truyền lực mà không cần phải thay đổi kết cấu các cụm của nó Sốtruyền thấp của truyền lực chính sử dụng khi xe chuyển động trong điều kiện

đờng khó khăn (đờng xấu, đờng đồi núi) để khắc phục những lực cản chuyển

động lớn Sử dụng số truyền cao trong điều kiện đờng tốt hoặc khi xe chở nontải cho phép nâng cao tính kinh tế nhiên liệu, vận tốc trung bình của ô tô vàgiảm mô men xoắn trong dẫn động đến các bánh xe chủ động

1.2.2 Phân tích kết cấu các loại vi sai

Sau đây ta phân tích kết cấu của các loại vi sai và đa ra phơng án thiết kếcho bài toán

a Vi sai bánh răng côn đối xứng

Vi sai đối xứng thuộc loại vi sai có ma sát trong bé Về mặt kết cấu xe cótải trọng lớn và xe có tải trọng bé vi sai nh nhau chỉ khác ở số bánh răng visai, ở kết cấu vỏ vi sai và các bánh răng bán trục Số bánh răng hành tinh phụthuộc 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 chọnbằng bội số của số của số răng bánh răng hành tinh Mặt tháo rời thờng đi quatrục của các bánh răng hành tinh, các nửa 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 đểgiảm ma sát và để dễ đặt đúng các bánh răng vi sai

Hãm vi sai có thể bằng ly hợp có vấu, ly hợp răng và ly hợp chốt Dẫn độnghãm vi sai có thể bằng cơ khí, bằng điện khí, bằng thuỷ lực Dẫn động hãm visai loại cơ khí có cần gạt bố trí trên dầm cầu chủ động hoặc đặt cạnh ngời lái,loại này có nhợc điểm là ngời lái chỉ sử dụng nó khi ô tô đã bị trợt quay vàkhông có khả năng tự di động nữa

* 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 vớinhững trờng hợp xe chạy trên đờng tốt hoặc điều kiện chuyển động của haibánh xe nh nhau

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

Khi các bánh răng hành tinh quay các mặt nghiêng của trục sẽ bị dịchchuyển đi nh thế nào để lực trên ly hợp ma sát truyền qua cốc trung gian sẽtăng lên đối với bán trục quay nhanh Trị số mô men hãm sẽ không phải làmột hằng số mà sẽ tỉ lệ với mô men truyền lên các bánh xe

c Vi sai loại cam

Có nhiều loại khác nhau loại cam đặt hớng kính và loại cam đặt hớng trục

Đây là loại vi sai có ma sát trong cao Vi sai cam mà con chạy đặt theo hớngkính nằm giữa các vành có dạng cam của bán trục Các con chạy đợc đặt vàovòng ngăn cách ở giữa, vòng này gắn với vỏ vi sai và là phần tử chủ động.Vòng ngăn cách tác dụng vào con chạy một lực P và ép con chạy vào vànhcam ngoài với một lực P1' và vào vành cam trong với lực P2' P1' và P2tác dụngthẳng góc với mặt bên của các vành cam Khi cả hai bánh xe chủ động chịulực cản nh nhau thì vận tốc góc của vòng giữa và các vành cam bằng nhau.Nếu một trong các bánh xe chủ động có khuynh hớng tăng vận tốc góc, cácchi tiết của vi sai sẽ bắt đầu có dịch chuyển tơng đổi với nhau nên trên các mặtbên của vành cam phát sinh lực ma sát hớng về các phía khác nhau đối vớivành cam quay nhanh và vành cam quay chậm

Số mặt lồi lõm trên các vành cam của các bán trục phải khác nhau Vì nếuchúng bằng nhau thì khi hộp của vi sai quay tới vị trí nào đó, các con chạy chỉdịch chuyển theo chiều hớng kính và lực sẽ không truyền đến vành hình camnữa Đối với loại vi sai cam đặt hớng trục, các con chạy đợc đặt trong vòngngăn, vòng ngăn gắn liền với vỏ vi sai Số mặt lồi lõm của các vành cam sinh

ra mô men mạch động khi vi sai làm việc nên vi sai chống mòn.Trong loại visai hai dãy mô men mạch động đợc khắc phục vì trong loại này ngời ta làm sốmặt cam lồi lõm trên hai vành cam nh nhau Loại vi sai cam hai dãy với cáccon chạy bố trí theo hớng kính mỗi dãy con chạy tác dụng tơng ứng với dãymặt cam của nó Cho nên khi một dãy mặt cam trong dịch chuyển tơng đối vớidãy mặt cam ngoài, thì lúc ấy các mặt dãy cam ngoài nằm ở vị trí đối xứng.Nếu một dãy cam chạy nằm ở vị trí không truyền đợc mô men thì dãy thứ hai

sẽ truyền mô men ấy Loại vi sai cam hai dãy có con chạy bố trí theo hớng

trục, các cam có thể làm với các hình dạng mặt bên khác nhau, thờng dạng ờng xoắn ốc Acsimet Sự dịch chuyển theo hớng kính của một điểm bất kỳ củadạng mặt bên này tỷ lệ với góc quay α của cam Loại vi sai cam đợc sử dụngphổ biến với xe có tải trọng lớn.

đ-d Vi sai kiểu trục vít

Đây là loại vi sai có ma sát trong cao, sử dụng làm vi sai giữa các bánh xe.Trong vỏ của vi sai gồm ba phần: các bánh răng bán trục ăn khớp với các bánhrăng hành tinh Các bánh hành tinh gắn với nhau nhờ các bánh vít hành tinhphụ quay quanh các trục gắn trong hộp

Vi sai loại trục vít làm việc êm dịu và lâu mòn Về kết cấu nó phức tạp hơn

và đắt hơn loại vi sai cam Loại vi sai này thờng áp dụng cho các loại xe tảitrọng lớn

1.2.3 Phân tích kết cấu các loại bán trục

Để chọn đợc phơng án thiết kế hợp lý, sau đây chúng ta đi phân tích kết cấucủa một số loại bán trục

a Loại bán trục không giảm tải

Khi đó ổ bi trong và ổ bi ngoài đều đặt trực tiếp trên bán trục, trờng hợpnày bán trục chịu toàn bộ các lực Mô men uốn gây nên do lực vòng từ bánhrăng chậu chuyển về đầu bán trục, mô men xoắn Mx, phản lực thẳng đứng từbánh xe Zbx, lực kéo Xk, lực phanh Xp, lực cản trợt ngang Y xuất hiện khi ô tô

đi trên đờng nghiêng hay quay vòng, nghĩa là tất cả các ngoại lực từ phía đờng

và lực vòng của bánh răng chậu

Loại bán trục không giảm tải hiện tại các ô tô đều không dùng

Hình 1.4: Bán trục không giảm tải

b Loại bán trục giảm tải một nửa

Khi đó ổ bi trong đặt trên vỏ vi sai còn ổ bi ngoài đặt ngay trên bán trục,bán trục sẽ chịu các lực và mô men sau:

Từ phía mặt đờng: có các lực và phản lực Zbx, Xk, Xp, Y

Về mô men có Mk, Mp, Mz, My

Về phía vi sai có phản lực R, Y và mô men Mk hay Mp

Loại bán trục giảm tải một nửa đợc dùng ở các máy kéo và một số xe dulịch nh : Mockơvic, Zil-110,…

Hình1.5: Bán trục giảm tải một nửa

c Loại bán trục giảm tải ba phần t

Loại này ổ bi trong đựoc đặt trên vỏ vi sai còn ổ bi ngoài đặt trên dầm cầu

và lồng vào trong moayơ của bánh xe

Bố trí nh vậy bán trục chỉ chịu tác dụng của mô men xoắn Mk hay mô menphanh Mp và phản lực tác dụng ngang của đất Y

Các lực kéo tiếp tuyến Xk và phản lực của đất thẳng đứng Zbx do dầm cầuchịu ở loại này ổ bi ngoài có thể là ổ bi cầu hai dãy, có thể là ổ bi đũa nhngchỉ có một ổ

Loại bán trục giảm tải ba phần t có kết cấu tơng đối đơn giản nên đợc dùng

ở ô tô con nh M-20 và một số ô tô tải M-1

Hình 1.6: Bán trục giảm tải ba phần t

d Loại bán trục giảm tải hoàn toàn

Nó chỉ khác loại giảm tải ba phần t là ổ bi ngoài là hai ổ bi đặt gần nhau (cóthể là một ổ bi cầu và một ổ bi côn) Nh vậy bán trục chỉ chịu tác dụng của mômen 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)