thiết kế hốp số cho xe tải hạng nặng

Hộp số trong hệ thống truyền lực của ôtô nhằm thực hiện nhiệm vụ sau: - Thay đổi lực kéo tiếp tuyến và số vòng quay của bánh xe chủ động để phù hợp với lực cản của đờng và vận tốc của ôt

Học viện kỹ thuật quân sự cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Khoa động lực Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn ô tô quân sự

Nhiệm vụ đồ án môn học

Kết cấu tính toán ÔTÔ

Tên đề tài : Thiết kế hốp số cho xe tải hạng nặng

Học viên thực hiện : Nguyễn Kim Cơng

Lớp : Xe 4

Giáo viên hớng dẫn : Nguyễn Văn Trà

Nội dung thực hiện:

I - Thuyết minh:

1 - Lời nói đầu

2 - Phân tích đặc điểm kết cấu của hộp số và chọn phơng án thiết kế

3 -Tính toán thiết kế hộp số xe tải hạng nặng

4 –Kiểm nghiệm hộp số xe tải hạng nặng II- Bản vẽ:

1- Bản vẽ kết cấu hộp số 1- Bản vẽ thiết kế chi tiết trục trung gian

Ngày giao đồ án : / /2009

Ngày hoàn thành : / /2009

Ngày tháng năm 2009 Ngày tháng năm 2009 Giáo viên hớng dẫn Học viên thực hiện

Nguyễn Văn Trà Nguyễn Kim Cơng

Mục lục

Xuất phát từ những điều kiện nêu trên Đồ án sẽ đợc thực hiện theo các nội dung chính sau:

Lời nói đầu

Chơng 1: Phân tích một vài kết cấu và chọn phơng án kết cấu cho hộp số xe tải hạng nặng

1.1 Công dụng của hộp số

1.2 Yêu cầu đối với hộp số xe tải hạng nặng

1.3 Ưu nhợc điểm và nguyên lý làm việc của một số phơng án kết cấu của hộp số Chọn phơng án kết cấu

Chơng 2: tính toán thiết kế hộp số xe tải hạng nặng

(Do thời gian làm đồ án môn học ngắn nên em chỉ tính toán thiết kế 1 số chi tiết của hộp số)

2.1 Xác định tỷ số truyền của hộp số

2.2 Xác định khoảng cách giữ các trục trong hộp số

2.3 Tính toán chi tiết “ trục trung gian” của hộp số

Chơng 3: Kiểm nghiệm hộp số

3.1.Kiểm nghiệm về bánh răng

3.2 Kiểm nghiệm trục

-Kiểm nghiệm trục về sức bền mỏi

-Kiển nghiệm trục về độ bền cứng

Kêt luận

Tài liệu tham khảo

lời nói đầu Trong giai đoạn nay, cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đang phát triển nh vũ bão và thu đợc rất nhiều thành tựu tác dụng to lớn vào nền kinh

tế của đất nớc

Đất nớc ta đang trong thời kỳ CNH-HĐH, điều này đòi hỏi cần có một nền khoa học kỹ thuật phát triển Trong bối cảnh đó, ngành xe ô-tô của nớc ta đang không ngừng nâng cao chất lợng nghiên cứu khoa học, nâng cao trình độ chuyên môn đối lợng đội ngũ làm công tác thiết kế, quản ly, khai thác, sử dụng xe

Tuy nhiên, trong điều kiện thực tế rất khó khăn của đất nớc Việt Nam hiện nay, việc khai thác, sử dụng các trang thiết bị hiện có một cách khoa học là một yêu cầu rất cấp bách, thiết yếu, nhất là các phơng tiện xe, các trang thiết bị trong nớcđều là những trang thiết bị chuyên dụng, rất đắt tiền,

ít có khả năng mua mới

Do đó để có thể khai thác, sử dụng tốt trang bị xe máy trong quân đội

ở điều kiện địa hình Việt Nam đòi hỏi mỗi cán bộ kĩ thuật ngành xe

ô-tô phải nắm chắc đặc tính kết cấu các loại xe để biết cach khai thác, bảo d-ỡng, sửa chữa, phục hồi chi tiết, hệ thống trên xe

Đồ án “ Tính toán thiết kế hộp số xe tải hạng nặng ” cũng không nằm ngoài mục đích trang bị cho cán bộ ngành xe có thêm hiểu biết về hệ thống truyền lực nói chung và từng chi tiết trong hệ thống, nhất là có thể sửa chữa, phục hồi các chi tiết trong hộp số Để từ đó có cơ sở khai thác, bảo dỡng xe

đợc tốt hơn

Chơng 1: PHân tích đặc điểm và chọn phơng án kết cấu của hộp số xe tải hạng nặng

1.1 Công dụng của hộp số.

Hộp số trong hệ thống truyền lực của ôtô nhằm thực hiện nhiệm vụ sau:

- Thay đổi lực kéo tiếp tuyến và số vòng quay của bánh xe chủ động để phù hợp với lực cản của đờng và vận tốc của ôtô theo nhu cầu sử dụng;

- Thực hiện chuyển động lùi cho ôtô;

- Có thể ngắt dòng truyền lực trong thời gian dài khi động cơ vẫn làm việc

1.2 Yêu cầu đối với hộp số xe tải hạng nặng.

Hộp số cần đảm bảo các yêu cầu sau:

• Đảm bảo chất lợng kéo và vận tốc cao:

Thiết kế hộp số đảm bảo xe có đặc tính kéo tối u theo các chỉ tiêu sau: + Phân chia tỷ số truyền hợp lý sao cho vận tốc trung bình lớn nhất + Dãn cách giữa các số phù hợp với xác xuất lực cản gặp phải

• Điều khiển nhẹ nhàng

+Hoàn chỉnh hệ thống dẫn động điều khiển

- Sử dụng trợ lực: lò xo, thuỷ lực

- Sử dụng khớp gài bằng ma sát

+Đảm bảo khoảng trùng điệp khoảng 2 Km/giờ.

• Làm việc tin cậy

+Đảm bảo độ bền, bền mòn của chi tiết

+Giảm tải động cho các chi tiết

+Sử dụng kết cấu định vị, khoá hãm

+Đảm bảo chế độ nhiệt và bôi trơn tốt

• Các yêu cầu chung: tính tiêu chuẩn hoá, rẻ tiền, dễ bảo dỡng, sửa chữa

1.3 Ưu nhợc điểm và nguyên lý làm việc của một số phơng án kết cấu của hộp số Chọn phơng án kết cấu.

Hộp số ba trục dọc so với hộp số loại có trục cố định và hộp số hai trục có những u, nhợc điểm nh sau:

* Ưu điểm

- Khi cùng kích thớc ngoài, thì hộp số ba trục dọc cho ta tỷ số truyền lớn hơn vì tỷ số truyền này bằng tích tỷ số truyền của hai cặp bánh răng thực hiện việc truyền mômen Đặc điểm này rất quan trọng, vì hiện nay động cơ cao tốc đợc sử dụng nhiều trên ôtô Nếu cần đảm bảo một giá trị tỷ số truyền

nh nhau thì loại hộp số ba trục dọc có kích thớc bé, trọng lợng nhỏ hơn làm giảm trọng lợng toàn bộ của ôtô

- Hộp số có số truyền thẳng với số truyền với số truyền bằng 1 khi gài trực tiếp trục thứ cấp vào trục sơ cấp Hiệu suất truyền lực cao nhất (coi băng1) vì truuyền lực không qua cặp bánh răng chịu tải nào Trong khi đó thời gian sử dụng số truyền thẳng chiếm tỷ lệ cao (50%ữ80%) thời gian làm việc cảu ôtô nên nâng cao đợc tính kinh tế

* Nhợc điểm

- Trừ số truyền thẳng, các số truyền tiến khác, mô men đều đợc truyền qua hai cặp bánh răng( số lùi qua 3 cặp bánh răng) nên hiệu suất truyền giảm

- Kích thớc ổ phía trớc (theo chiều chuyển động của xe ) của trục thứ cấp hộp

số bị hạn chế và ổ này đặt vào hốc sau trục sơ cấp Vì vậy khi làm việc ổ ờng xuyên chịu quá tải Để không quá tải, có thể làm kích thớc bánh răng th-ờng tiếp chế tạo liền trục sơ cấp lớn và nh vậy tăng đợc kích thớc ổ Nhng nếu bánh răng thờng tiếp lớn thì thì tỷ số truyền của cặp bánh răng thờng này nhỏ Do vậy kích thớc bánh răng thờng tiếp trên trục sơ cấp không tăng đợc Thông thờng ổ trớc của trục thứ cấp thờng dùng ổ đũa (thanh lăn trụ) Do ổ

đũa không chịu lực chiều trục nên ngời ta đã chú ý chọn chiều nghiêng răng của các bánh răng để lực chiều trục triệt tiêu không tác dụng lên ổ

Phơng án kết cấu đối với hộp số xe tải hạng nặng thờng là hộp số 3 trục doc 1.3.1 Hộp số ba trục dọc 3 cấp

* Nguyên lý làm việc

Việc truyền mômen xoắn qua hộp số cơ khí có ba cấp đợc thực hiện theo nguyên tắc làm việc của truyền động bánh răng ăn khớp ngoài ở các số truyền tiến, truyền động đều qua hai cặp bánh răng ăn khớp nên trục sơ cấp

và thứ cấp có cùng chiều quay ở số lùi phải qua 3 cặp bánh răng ăn khớp nên trục thứ cấp và trục sơ cấp quay ngợc chiều nhau ở số truyền thẳng (số

truyền III) do gài trựctiếp trục sơ cấp vào trục thứ cấp nên chúng quay thành một khối và các cặp bánh răng không phải chịu tải

Nhờ cơ cấu điều khiển (cần gài số) tác động lên các càng gài làm di trợt

đồng tốc hoặc bánh răng ăn khớp với nhau để đợc tỷ số truyền tơng ứng với từng tay số

Hộp số cơ khí ba trục dọc thờng dùng ở các xe du lịch có dữ trữ công suất lớn và vừa Vì xe du lich yêu cầu điều khiển phải đơn giản, thời gian tăng tốc ngắn Nếu tăng số cấp của hộp số thì công suất động cơ đợc sử dụng tốt hơn nhng thời gian chuyển số tăng lên, làm phức tạp điều khiển xe mà xe du lịch thờng có công suất riênglớn nên đa số thời gian làm việc ở số truyền thẳng

1.3.2 Hộp số bốn cấp

* Nguyên lý làm việc tơng tự nh hộp số cơ khí 3 trục dọc với 3 cấp

Loại hộp số bốn cấp thờng dùng ở ôtô du lich có dữ trữ công suất nhỏ; ôtô vận tải hạng nhẹ và hạng vừa nhằm sử dụng tốt công suất của công suất động cơ Hộp số này lắp trên các xe quân sự và xe bọc thép bành hơi nh:

GAZ-66, GAZ-53, UAZ-469, BRĐM, BTR-60PB…

1.3.3 Hộp số cơ khí ba trục dọc có 5 cấp

* Sơ đồ động học

1.Ttrục sơ cấp của bộ chia

2.Vỏ bộ chia

3.Đồng tốc gài số của bộ chia

4.Càng gai số của bộ chia

5.Trục thứ cấp của bộ chia

6.Nắp hộp số

7.Đồng tốc của số truyền VI-V

8.Càng gài của số truyền VI-V

9.Đồng tốc của số truyền II-III

10.Càng gài của số truyền II-III

11,12.khớp gài và càng gài của số truyền I và số lùi

13.Vỏ hộp số

14.Trục thứ cấp của hộp số

15.Trục trung gian của hốp số

16.Trục số lùi

17.Trục trung gian của bộ chia

* Nguyên lý làm việc

Điểm cấu tạo và nguyen lý làm việc của hộp số 5 cấp tơng tự nh hộp số 3,4 cấp nhng có một số diểm khác là:

- Để thực hiện việc chuyển số,sử dụng hai đồng tốc: Đồng tốc 4 để gài số truyền IV,V; đồng tốc 11 để gài số truyền II,III Số truyền V là số truyền thẳng

- Cặp bánh răng Z5,Z’5; Z4; Z3; Z’3; Z2; Z’2 đều là cặp bánh răng trụ răng nghiêng thờng xuyên ăn khớp Gài số truyền I và số lùi nhờ bánh răng trụ răng thẳng Z1 di trợt dọc trục thứ cấp 7

- Khối bánh răng số lùi thờng xuyên quay khi hộp số làm việc nhờ bánh răng

số lùi ZL lắp cố định trên trục trung gian và ăn khớp với bánh răng Z’’L.

* Dựa vào phân tích u nhợc điểm kết cấu, u nhợc điểm của từng loại hộp số trên và yêu cầu đối với hộp số ta chọn phơng án thiết kế hộp số cho xe tải hạng nặng là hộp số cơ khí 3 trục dọc có 5 cấp và phần tính toán thiết kế

đ-ợc trình bầy ở chơng sau.

Chơng II: tính toán thiết kế hộp số xe tải hạng nặng

(Do thời gian làm đồ án môn học ngắn nên em chỉ tính toán thiết kế 1 số chi tiết của hộp số)

Để đáp ứng cho việc tính toán thiết kế trục trung gian truớc tiên ta cần xác

định tỷ số truyền và các thông số cơ bản của hộp số

2.1 Xác định tỷ số truyền của hộp số.

Tỷ số truyền ở số I đợc xác định theo công thức sau:

Ihs1=

tl e

bx

i

M

r

G

η

ϕ

.

.

.

0

max

max

Trong đó :

ϕmax- là hệ số cản chuyển động lớn nhất

G- Trọng lợng toàn bộ của ôtô, tính theo N

Rbx- bán kính lăn của bánh xe có tính đến sự biến dạng của lốp, tính theo m

Memax- mô men quay cực đại của động cơ, tính theo N.m

i0- tỷ số của truyền lực chính đợc tính theo công thức

i0=θ2r,bx65

ở đó: θ- Hệ số vòng quay của động cơ, đối với ôtô vận tải θ=40…50

Đối với hộp số 5 cấp với số V là số truyền thẳng thì các số còn lại trong hộp

số đ\ợc tính theo công thức

ih5=1; ih4=4

1

i ; ih3=4

1 2

i ; ih2=4

1

3

h

i ;

2.2.Xác định các thông số cơ bản của hộp số.

2.2.1 Xác định tỷ số truyền của hộp số

a) Khoảng động học và khoảng lực học của ôtô

- Khoảng động học của ôtô

dk =

min

max

t

t

V

V

Trong đó: Vtmax là vận tốc lớn nhất của ôtô (Km/h)

Vtmin là vận tốc nhỏ nhất của ôtô(Km/h)

- Khoảng động lực học của ôtô

d1=

0

1

G

ϕ

η

ϕ

ϕ ∑ (1)

Trong đó:

η∑ là hiệu suất của ôtô có kể đến tổn thất trong thiết bị động lực η∑=0,8… 0,85 ở đây chọn η∑= 0,82

0

ϕ - Hệ số quy dẫn từ 0,04…0,06 Đối với xe tảI hạng nặng chọn ϕ0=0,058

Do đó ϕ0xη∑= 0,058x0,82=0,03444

G- Trọng lợng toàn bộ cảu ôtô (Kg) G=15305

Gϕ- Trọng lợng bám của ôtô(Kg) Gϕ=15305

ϕ- Hệ số bám, ϕ =0,7…0,8 Đối với xe tải hạng nặng chọn ϕ=0,72

Thay các đại lợng đó vào công thức (1) ta đợc d1=15,14

⇒d1=dk=15,14

Vtmin=

1

max

d

V t

=5,3(Km/h)

2.2.2 Xác định tỷ số truyền lớn nhất của và nhỏ nhất của hệ thống truyền lực.

Theo số liệu đầu bài ta có tỷ số truyền của truyền lực chính i0=7,22

2.2.3 Xác định tỷ số truyền của các tay số trong hộp số

Xác định tỷ số truyền của các tay số sao cho vận tốc trung bình của xe cao nhất.Do thời gian làm đồ án môn học ngắn nên em tham khảo tỷ số truyền của xe KAMAZ 5320

Tay số I : ihs1=7,82

Tay số II: ihs2=4,03

Tay số III: ihs3=2,5

Tay số IV: ihs4= 1,53

Tay số V: ihs5=1

Tay số lùi: ihsl=7,38

2.2.4 Xác định khoảng cách giữa các trục trong hộp số

A=k3

max

e

Với:

A- Khoảng cách giữa các trục[mm]

Memax- Mô men xoắn lớn nhất cảu động cơ Memax=650 [Nm]

K- Hệ số kinh nghiệm Đối với ôtô tải chọn K=18,7 do đó

A=162 [mm]

2.2.5 Xác định các thông số cơ bản của bánh răng

a) Mô đun pháp tuyến của bánh răng

Chọn mô đun của cặp bánh răng nghiêng : mn= 3 [mm]

Chọn mô đun của cặp bánh răng thẳng: mn= 2 [mm]

b) Xác định số răng của bánh răng trong hộp số

Số răng Z5 của bánh răng chủ động cặp bánh răng luôn ăn khớp đợc chọn theo điều kiện không bị cắt chân răng; chọn Z5=15

- Tỷ số truyền của các cặp bánh răng luôn ăn khớp

.

cos

.

2

5

4 −

Z

m

A

n

β

Trong đó: i5 - tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp

β- Góc nghiêng của tất cả các răng Chọn β=200

i5= 1 4 , 8

15

.

3

20

cos

.

2

=

−

A

Số răng Z’5 của bánh răng bị động cặp bánh răng luôn ăn khớp đợc xác định: Z’5=Z5xi5=15x4,8≈72

Ta tính chính xác lại tỷ số truyền i và khoảng cách giữa các trục trong hộp số

20 cos 2

) 8 , 4 1 ( 15 3 cos

2

) 1 ( 5 cos

.

2

) 5 ' 5

(

5

5 5

+

=

+

=

+

β β

i Z m Z

Z

m n n

=139 [mm]

Tỷ số truyền của các cặp bánh răng đợc gài ở số truyền

i1= 1

5

7,82

1,55 4,8

h

i

i = =

i2= 2

5

4,03

0,85 4,8

h

i

i = =

i3= 3

5

2,5

0, 477 4,8

h

i

i = =

i4= 4

5

1,53

0,31 4,8

h

i

i = =

i5= 0 , 21

8

,

4

0

,

1

5

5 = =

i

i h

Ta xác định các số răng của các bánh răng trên trục trung gian với giả thiết các bánh răng đều có cùng mô đun và góc nghiêng của răng nh đã chọn

) 55 , 1 1 (

3

20 cos 2 ) 1

(

cos

.

2

1

+

= +

A i

m

A

n

β

) 85 , 0 1 (

3

20 cos 2 ) 1

(

cos

.

2

2

+

= +

A i

m

A

n

β

) 477 , 0 1 (

3

20 cos 2 ) 1

(

cos

.

2

3

+

= +

A i

m

A

n

β

) 31 , 0 1 (

3

20 cos 2 ) 1

(

cos

.

2

4

+

= +

A i

m

A

n

β

) 21 , 0 1 (

3

20 cos 2 ) 1

(

cos

.

2

5

+

= +

A i

m

A

n

β

Với Z1, Z2, Z3, Z4, Z5: Số răng của các bánh răng chủ động tơng ứng với các số truyền 1,2,3,4,5 đặt trên trục trung gian của hộp số

5

1 20 0 , 17 9 , 75

72

34

'

'

=

⇒

=

β tg

tg

Z

Z

5

2 20 0 , 24 13 , 37

72

47

'

Z

Z

5

3 20 0 , 3 16 , 6

72

59

'

'

=

⇒

=

β tg

tg

Z

Z

5

4 20 0 , 339 18 , 7

72

67

'

'

=

⇒

=

β tg

tg

Z

Z

tgβ5= 1 0

5

5 20 0 , 17 9 , 75

72

34

'

'

=

⇒

=

β tg

tg

Z

Z

Ta tính chính xác lại số răng của các bánh răng trên trục trung gian

1

36

n

m iβ = =

2

49

n

m iβ = =

3

60

n

m i

4

67

n

m iβ = =

5

72

n

m i

- Số răng của bánh răng ăn khớp với chúng(Số răng của bánh răng bị động

t-ơng ứng với số truyền 1,2,3,4,5 đặt trên trục thứ cấp của hộp số)

Z1=i1xZ’1=1,55x36=56

Z2=i2xZ’2=0,85x49=42

Z3=i3xZ’3=0,477x60=29

Z4=i4xZ’4=0,31x67=21

Z5=i5xZ’5=0,21x72=16

- Ta tính chính xác lại tỷ số truyền i1,i2,i3,i4,i5

i1= 0 , 643

56

36

1

1

Z

Z

i2= 1 , 17

42

49

2

2

'

=

=

Z

Z

i3= 2 , 07

29

60

3

3

Z

Z

i4= 3 , 19

21

67

4

4

'

=

=

Z

Z

i5= 4 , 5

16

72

5

5

Z

Z

- Xác định tỷ số truyền trong hộp số ihs1, ihs2 ihs3 ihs4 ihs5

ihs1= 7

1

'

.

5

1

.

5

'

=

Z

Z

Z

Z

ihs2 3 , 86

2

'

.

5

2

.

5

Z

Z

Z

Z

ihs3 2 , 175

3

'

.

5

3

.

5

'

=

Z

Z

Z

Z

ihs4 1 , 41

4

'

.

5

4

.

5

Z

Z

Z

Z

5

'

.

5

5

.

5

'

=

Z

Z

Z

Z

2.3 Tính toán thiết kế trục

2.3.1 Các thông số ban đầu

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 12XH3A thấm các bon có [σ]=60 Mpa

* Xác định kích thớc sơ bộ của trục

Với trục sơ cấp : d1=10,63

max

e

M =78,75 [mm]

Với trục trung gian: d2=0,45.A=0,45.139=62,55 [mm]

Với kích thớc trục trun gian la 62,55mm ta tra bảng 7-13 sách thiết kế chi tiết máy ta đợc then có kích thớc b=10, h=17, t=13,5, t1= 3,6

b=10, h=16, t=12,5, t1= 3,6

Chiều dài trục trung gian : ltg= 368

17 , 0

2 =

d

[mm] Trong đó d2=(0,16…0,18)ltg

ta chọn d2=0,17ltg

Với trục thứ cấp : d3=0,45.A=62,66 [mm]

Chiều dài trục thứ cấp: ltc= 347 , 5

18 , 0

3

=

d

[mm] Trong đó d3=(0,18…0,21)ltc ta chọn d3=0,18ltc

*Khoảng cách giữa các ổ đỡ và bánh răng trên trục :

Khoảng cách giữa 2 ổ đỡ trục sơ cấp : lsc=169 mm

Khoảng cách giữa 2 ổ đỡ trục trung gian : ltg=363 mm

Khoảng cách giữa 2 ổ đỡ trục thứ cấp : ltc=352 mm

* Khoảng cách giữa các gối đỡ

Chọn khoảng cách từ vị trí lắp bánh răng các số trên trục thứ cấp đến ổ đỡ phía sau trục thứ cấp:

- Số I: lItc=61mm

- Số II: lIitc=129 mm

- Số III: lIIItc=219 mm

- Số IV: lIvtc=251 mm

Chọn khoảng cách từ vị trí lắp bánh răng các số trên trục trung gian đến ổ phía sau trục trung gian:

- Số I: lItg=61 mm

- Số II: lIitg=133 mm

- Số III: lIIItg= 218 mm

- Số IV: lIvtg=259 mm

- Cặp bánh răng thờng tiếp cách ổ đỡ cuối trục sơ cấp :

lt=348 mm

- Cặp bánh răng thờng tiếp cách ổ đỡ cuối cùng của trục sơ cấp

lt=20 mm

2.3.2 Tính toán kích thớc của hộp số :

2.3.3Trục trung gian

Mô men xoắn của trục khi ở số truyền I:

- Mô menh xoắn của trục :

Mtg1=Memax.ia=650.4,8=3120 [Nm]

- Các lực từ bánh răng số 1 tác động lên trục:

* Lực vòng :

Ft1=23,43.103 N

* Lực hớng kính :