tiểu luận cơ khí về bộ visai ô tô

Bộ vi sai là một thiết bị dùng để chia mô men xoắn của động cơ thành hai đường, cho phép hai bên bánh xe quay với hai tốc độ khác nhau. Chúng ta có thể tìm thấy bộ vi sai ở tất cả các xe hơi và xe tải hiện đại, và đặc biệt ở các xe bốn bánh chủ động hoàn toàn. Mỗi cầu chủ động của những xe này đều cần một bộ vi sai và đương nhiên giữa bánh trước và bánh sau cũng cần vì khi vào cua, quãng đường mà bánh trước và sau đi được cũng khác nhau.

Phần 1 Giới thiệu chung

1.1 Giới thiệu bộ vi sai

Bộ vi sai là một thiết bị dùng để chia mô men xoắn của động cơ thành hai đường, cho phép hai bên bánh xe quay với hai tốc độ khác nhau Chúng ta có thể tìm thấy bộ

vi sai ở tất cả các xe hơi và xe tải hiện đại, và đặc biệt ở các xe bốn bánh chủ động hoàn toàn Mỗi cầu chủ động của những xe này đều cần một bộ vi sai và đương nhiên giữa bánh trước và bánh sau cũng cần vì khi vào cua, quãng đường mà bánh trước và sau đi được cũng khác nhau

Cơ cấu vi sai:

Hình 1 Bản vẽ cơ cấu vi sai

Bộ vi sai trên xe có ba nhiệm vụ chính sau:

- Truyền mô men của động cơ tới các bánh xe

- Đóng vai trò là cơ cấu giảm tốc cuối cùng trước khi mô men xoắn truyền tới các bánh xe

- Truyền mô men tới bánh xe trong khi cho phép chúng quay với tốc độ khác nhau

.

chức năng ứng sử của hệ thống

+ Ưu điểm của cơ cấu:

Ưu điểm của vi sai thể hiện rất rõ, nhờ nó mà ta có thể di chuyên bằng xe linh động trên các đoạn đường cong, dốc, nghiêng …

+ nhược điểm:

Khi xe chuyển động trên đường xấu, một bánh bám dính tốt còn một bánh nằm trên vũng lầy, khi đó dù ta co ga tăng tốc, bánh xe quay nhanh thì xe vẫn nằm ì tại chỗ

+ Phạm vi ứng dụng:

Bộ vi sai là cơ cấu không thể thiếu trong các loại xe 4 bánh, như oto, xe tải, nó

là phát minh quan trọng để tạo ra những chuyển động linh hoạt cho oto

1.2 Cấu tạo và quy trình tháo lắp cơ cấu vi sai trong mô hình hộp số visai otô tại phòng thí nghiệm cơ khí động lực – Trung tâm thí nghiệm trường ĐHKTCN

- Bước 1: Rút thanh định tâm ra rồi tháo rời 2 bánh xe

Hình 2 Bánh xe

- Bước 2: Vặn ốc đinh vị 3 bánh răng nón trong cần c rồi tháo ra

a)

b)

Hình 3 a) Cặp bánh răng nón trong cần C

b) Ốc định vị

Bước 3: tháo cần c có gắn cứng bánh răng nón lớn ra khỏi khung và tháo các bộ phận

còn lại:

Hình 4 a) Bánh răng nón lớn b) Tay quay

c), Khung

c)

Từ các số liệu đo đạc được trong quá trình tháo lắp thực tế ta có bản vẽ của các chi tiết:

Hình 5 Bản vẽ lắp

1.3 Ngyên lý hoạt động

Vi sai là cơ cấu với 1 đầu vao và cho ta 2 đâu ra Nó thể hiện lợi ích rõ nhất khi

xe đi trên đường cong hoặc phải cua xe, khi đó với 1 momen truyền vào bánh răng đầu vào thì 2 bánh xe quay với 2 tốc độ khác nhau

- Khi xe chạy trên đường thẳng thì mọi lực cản đều tác động lên cả 2 bánh xe, khi

đó bánh răng lớn gắn cứng trên cần c, bánh răng vi sai và bánh răng bán trục đều quaynhư một khối liền để truyền lực dẫn động

- Khi xe chạy trên đường vòng, tốc độ 2 bánh khác nhau, khi đó bánh răng vi sai phải quay cùng cần c sao cho tốc của 2 bánh răng bán trục khác nhau

1.4 một số loại vi sai:

- vi sai mở: là loại vi sai đơn gian nhất mà ta đang nghiên cứu nó mang theo rất nhiều ưu điểm, dễ chế tạo, nhưng nó cũng có nhiều nhược điểm như đã phân tích ở trên

- Vi sai khoá locking: Bộ vi sai khoá rất hữu ích trong trường hợp chiếc xe của bạn chạy trên đường rất xấu Kết cấu của nó cũng giống với loại vi sai mở nhưng được kết hợp thêm cơ cấu thuỷ lực, khí nén hoặc điện để khoá các bánh răng đầu ra lại với nhau Cơ cấu vi sai này được điều khiển đóng mở chủ yếu

bằng công tắc và khi nó hoạt động các bánh xe đều quay với cùng một tốc độ như nhau

- Vi sai Torsen: là một thiết bị cơ khí hoàn toàn, nó không được điều khiển bằng điện tử, không có ly hợp và cũng không có tý chút thuỷ lực nào

Vi sai Torsen (kết hợp từ “torque” và “sensing”, có nghĩa là cảm biến mô men) làm việc như một bộ vi sai mở khi giá trị mô men của mỗi bánh xe là cân bằng Thế nhưng ngay sau khi một bánh xe nào đó mất lực bám, sự khác nhau

về mô men dẫn đến các bánh răng trong bộ vi sai Torsen kết nối với nhau Việc thiết kế các bánh răng trong bộ vi sai sẽ quyết định đến tỷ số chênh lệch mô men Ví dụ, nếu một bộ vi sai Torsen đặc biệt được thiết kế với tỷ số chênh lệch 5:1, nó sẽ có khả năng cung cấp mô men xoắn cho bánh xe có lực bám tốt lớn gấp 5 lần bánh xe bị trượt

1.5 Sửa chữa và bảo dưỡng

Bộ truyền động vi sai trong ôtô của bạn đóng vai trò rất quan trọng trong những khúc cua ngoặt trên đường phố Một chi tiết cơ khí "thông minh" được các nhà sản xuất đúc kết kinh nghiệm trong hàng chục năm để đưa ra một giải pháp tối ưu nhất cho chiếc ôtô của bạn giữ được thế cân bằng khi rẽ vào nhưng ngã ba ngã tư lắt léo Để chăm sóc cho chi tiết tinh vi này, bạn nên quan tâm đến mức độ và chất lượng dầu cho những bánh răng nhỏ bé trong bộ phận này

Trước khi nghĩ đến việc thay dầu cho bộ vi sai, ta phải biết chiếc xe mình có cầu

trước hay cầu sau Để phân biệt ta có thể nhìn máy và gầm xe Nếu xe có bộ cản sốc ở bên cạnh máy và ở sát bánh trước xe có một ống đệm cao su thì xe của bạn là xe cầu trước Ngược lại, ở trước máy bộ tản nhiệt và mộ hộp kim loại tròn ở phần giữa trục cuối 2 bánh thì xe của bạn có cầu sau

Hình 6 Bộ cản sốc

Sau khi định vị được bộ vi sai, muốn thay được dầu, bạn phải kích xe lên đủ tầm rồi mới tìm chốt dầu, từ từ vặn ngược chiều kim đồng hồ mở nó ra Chú ý, chỉ đứng bên dưới gầm xe khi sử dụng loại kích dành cho ôtô

Dầu trong bộ vi sai khi đủ thường mấp mé dưới lỗ chốt dầu, ta có thể kiểm tra bằng tay Nếu kiểm tra dầu thấy thường thấp hơn bình thường, xung quanh hộ vi sai

ẩm nhớt, có thể hộp vi sai đang bị rò rỉ

Hình 7 Cơ cấu vi sai trong thực tế

Ngoài ra còn có thể kiểm tra chất lượng dầu qua mùi của nó Dầu nhớt khi qua sử dụng thường có mùi trứng thối (mùi của hợp chất sulfur) Khi còn mùi đó nghĩa là dầu của bạn vẫn còn sử dụng được, còn không bạn nên thay dầu ngày tức khắc

Để thay dầu ta phải có máy bơm dầu chuyên dụng Và nên nhớ phải thay đúng loại dầu dùng cho bộ vi sai Khi thấy dầu bắt đầu rỉ ra khỏi lỗ dầu nghĩa là bạn đã bơm

đủ lượng cần thiết

Công việc cuối cùng là vặn chốt dầu và lau chùi sạch sẽ xung quanh

Phần 2 Tính toán

2.1 Phân tích động học cơ cấu

2.1.1 Dựng lược đồ cơ cấu

Hình 8 Dựng sơ đồ tính toán

+)Ta có

c c

z z i

z z

ω ω

−

−

+)Khi xe chạy thẳng

+)Khi xe chạy vòng vận tốc dài bánh 1, bánh 2 khác nhau nhưng thỏa mãn

2

bxe bxe

ω

⇒

1

2

1

c

R

r

ω

ω =

+

2

2 1

c R

R r r

ω

ω = +

2.1.2 Tính bậc tự do, xếp loại cơ cấu

+) Bậc tự do của cơ cấu:

Trong không gian, bậc tự do của cơ cấu có công thức tính như sau:

5 4

w 6 = n− (5p +p )

- Số khâu động : n=4

- Số khớp loại 5: 5

p

=4

- Số khớp loại 4: 4

p

=2

- số ràng buộc trùng 0

R

=0

w 6.4 (5.4 2) 2 = − + =

=>> Vậy cơ cấu ta đang nghiên cứu có 2 bậc tự do

2.2 Tính thiết kế cặp bánh răng côn trong cần C bằng inventor

Hình 9 Chọn số răng 2 bánh, modul,bề rộng bánh lớn

Hình10 Chọn thông số cho bánh 1 và chọn vật liệu

Hình 11.Chọn factors(các yếu tố)

Hình 12.Chọn độ chính xác

Sau khi chọn đầy đủ thông số ta chon calculate tính thử thấy thông số thỏa mãn yêu cầu làm việc ta nhấn vào results và inventor cho kết quả như sau:

Project Info

Guide

Unit Corrections Guide - User

Type of Load Calculation - Torque calculation for the specified power and speed

Type of Strength Calculation - Check Calculation

Method of Strength Calculation - ISO 6336:1996

Common Parameters

Gear Ratio i 1.3333 ul

Tangential Module m et 3.000 mm

Helix Angle β 0.0000 deg

Tangential Pressure Angle α t 25.0000 deg

Shaft Angle Σ 90.0000 deg

Normal Pressure Angle at End α ne 25.0000 deg

Contact Ratio ε 1.4436 ul

Limit Deviation of Axis Parallelity f x 0.0070 mm

Limit Deviation of Axis Parallelity f y 0.0035 mm

Virtual Gear Ratio i 1.778 ul

Equivalent Center Distance a v 62.604 mm

Virtual Center Distance a n 62.604 mm

Pitch Cone Radius R e 37.500 mm

Pitch Cone Radius in Middle Plane R m 30.050 mm

Gears

Gear 1 Gear 2 Type of model Component Component Number of Teeth z 15 ul 20 ul Unit Correction x 0.0000 ul -0.0000 ul Tangential Displacement x t 0.0000 ul -0.0000 ul Pitch Diameter at End d e 45.000 mm 60.000 mm Pitch Diameter in Middle Plane d m 36.060 mm 48.080 mm Outside Diameter at End d ae 49.800 mm 63.600 mm Outside Diameter at Small End d ai 30.013 mm 38.330 mm Root Diameter at End d fe 39.240 mm 55.680 mm Vertex Distance A e 28.200 mm 20.100 mm Vertex Distance at Small End A i 16.995 mm 12.114 mm Pitch Cone Angle δ 36.8699 deg 53.1301 deg Outside Cone Angle δ a 41.4438 deg 57.7040 deg Root Cone Angle δ f 31.3863 deg 47.6465 deg Facewidth b 14.900 mm Facewidth Ratio b r 0.3973 ul

Addendum a* 1.0000 ul 1.0000 ul Clearance c* 0.2000 ul 0.2000 ul Root Fillet r f * 0.3000 ul 0.3000 ul Whole Depth of Tooth h e 6.600 mm 6.600 mm Tooth Thickness at End s e 4.712 mm 4.712 mm Chordal Thickness t c 3.871 mm 3.871 mm Chordal Addendum a c 2.098 mm 2.098 mm Limit Deviation of Helix Angle F β 0.0070 mm 0.0070 mm Limit Circumferential Run-out F r 0.0120 mm 0.0120 mm Limit Deviation of Axial Pitch f pt 0.0055 mm 0.0055 mm Limit Deviation of Basic Pitch f pb 0.0050 mm 0.0050 mm Equivalent Number of Teeth z v 18.750 ul 33.333 ul Equivalent Pitch Diameter d v 45.075 mm 80.133 mm Equivalent Outside Diameter d va 49.883 mm 84.941 mm Equivalent Base Circle Diameter d vb 40.852 mm 72.625 mm Unit Correction without Tapering x z 0.2037 ul -0.4897 ul Unit Correction without Undercut x p -0.6476 ul -1.9500 ul Unit Correction Allowed Undercut x d -0.8188 ul -2.1211 ul Addendum Truncation k 0.0000 ul 0.0000 ul Unit Outside Tooth Thickness s a 0.5029 ul 0.5571 ul

Loads

Gear 1 Gear 2 Power P 0.500 kW 0.490 kW

Speed n 500.00 rpm 375.00 rpm

Torque T 9.549 N m 12.478 N m

Efficiency η 0.980 ul

Tangential Force F t 529.634 N

Normal Force F n 584.386 N

Radial Force (direction 1) F r1 197.578 N 148.183 N

Radial Force (direction 2) F r2 197.578 N 148.183 N

Axial Force (direction 1) F a1 148.183 N 197.578 N

Axial Force (direction 2) F a2 148.183 N 197.578 N

Circumferential Speed v 0.944 mps

Resonance Speed n E1 50955.914 rpm

Material

Gear 1 Gear 2 30CrV9 30CrV9 Ultimate Tensile Strength S u 800 MPa 800 MPa Yield Strength S y 600 MPa 600 MPa Modulus of Elasticity E 206000 MPa 206000 MPa Poisson's Ratio μ 0.300 ul 0.300 ul Bending Fatigue Limit σ Flim 705.0 MPa 705.0 MPa Contact Fatigue Limit σ Hlim 1180.0 MPa 1180.0 MPa Hardness in Tooth Core JHV 210 ul 210 ul Hardness in Tooth Side VHV 800 ul 800 ul Base Number of Load Cycles in Bending N Flim 3000000 ul 3000000 ul Base Number of Load Cycles in Contact N Hlim 100000000 ul 100000000 ul W?hler Curve Exponent for Bending q F 9.0 ul 9.0 ul W?hler Curve Exponent for Contact q H 10.0 ul 10.0 ul Type of Treatment type 8 ul 8 ul

Strength Calculation

Factors of Additional Load

Application Factor K A 1.000 ul

Dynamic Factor K Hv 1.011 ul 1.011 ul

Face Load Factor K Hβ 1.546 ul 1.357 ul

Transverse Load Factor K Hα 1.000 ul 1.000 ul

One-time Overloading Factor K AS 1.000 ul

Factors for Contact

Elasticity Factor Z E 189.812 ul

Zone Factor Z H 2.285 ul

Contact Ratio Factor Z ε 0.923 ul

Bevel Gear Factor Z k 0.850 ul

Single Pair Tooth Contact Factor Z B 1.066 ul 1.000 ul

Life Factor Z N 1.000 ul 1.000 ul

Lubricant Factor Z L 0.965 ul

Roughness Factor Z R 1.000 ul

Speed Factor Z v 0.951 ul

Helix Angle Factor Z β 1.000 ul

Size Factor Z X 1.000 ul 1.000 ul

Factors for Bending

Form Factor Y Fa 2.426 ul 2.108 ul Stress Correction Factor Y Sa 1.669 ul 1.794 ul Teeth with Grinding Notches Factor Y Sag 1.000 ul 1.000 ul Helix Angle Factor Y β 1.000 ul

Contact Ratio Factor Y ε 0.770 ul

Bevel Gear Factor Y k 1.000 ul

Alternating Load Factor Y A 1.000 ul 1.000 ul Production Technology Factor Y T 1.000 ul 1.000 ul Life Factor Y N 1.000 ul 1.000 ul Notch Sensitivity Factor Y δ 1.271 ul 1.281 ul Size Factor Y X 1.000 ul 1.000 ul Tooth Root Surface Factor Y R 1.000 ul

Results

Factor of Safety from Pitting S H 1.923 ul 2.051 ul Factor of Safety from Tooth Breakage S F 14.181 ul 15.304 ul Static Safety in Contact S Hst 4.263 ul 4.546 ul Static Safety in Bending S Fst 17.858 ul 19.107 ul Check Calculation Positive