Thiết kế hộp số cơ khí cho xe con, 3 trục 4 tay số

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX 1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG 1:CHỌN SƠ ĐỒ CỦA HỘP SỐ 4 CHƯƠNG 2:CHẾ ĐỘ TẢI TRỌNG, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ VÀXÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN 5 2.1: Chế độ tải trọng khi thiết kế 5 2.2: Xác định khoảng cách giữa các trục 5 2.3 Chọn modun bánh răng 6 2.4 Xác định số răng của bánh răng 6 2.5 Tính toán dịch chỉnh góc bánh răng 7 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN SỨC BỀN HỘP SỐ 10 3.1 Chế độ tải trọng để tính toán hộp số………………………………… 10 3.2 Tính toán sức bền bánh răng 15 3.3 Tính toán trục hộp số .12 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN Ổ LĂN VÀ CHỌN Ổ LĂN ……………………17 KẾT LUẬN……………………………………………………………………19 TÀI LIỆU THAM KHẢO………… ……………………………………… 20 TKMH Kết cấu và tính toán ô tô GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX 2 LỜI NÓI ĐẦU Xu hướng hiện nay ở việt nam số lượng ôtô - máy kéo ngày càng được sử dụng càng nhiều.Ôtô - máy kéo đóng một vai trò quan trọng trong sự nghiệp CNH- HĐH ở nước ta.Để hoà nhập với xu hướng phát triển chung của đất nước và thế giới thì trong ngành ôtô nói riêng phải không ngừng tăng số lượng về xe mà còn phải chú trọng cải tiến nâng cao mẫu mã chất lượng để tăng hiệu quả sử dụng và tính năng an toàn cho xe.Trên cơ sở đó em được giao đề tài Tính toán thiết kế hộp số 3 trục xe ôtô con. Với kiến thức có hạn do vậy trong quá trình làm TKMH sẽ không tránh khỏi những sai xót. Em rất mong được sự sự chỉ bảo tận tình của các thầy trong Bộ môn Cơ khí ôtô trường ĐH Giao Thông Vận Tải. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Bang đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án môn học này! Sinh viện: TKMH Kết cấu và tính toán ô tô GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX 3 Đề Bài: Thiết kế hộp số ô tô: xe con Với các thông số: Loại hộp số: 3 trục Bánh xe:6,5-13 M emax : 8,9 (KG.m), G a1 =632 (KG); G a1 = 713 (KG), N emax : 60 (ML) Số tay số: 4 Tỉ số truyền hộp số - TLC: +Số 1:3,75 +Số 2: 2,3 +Số 3:1,49 +Số 4: 1,0 +L : +TLC:4,3 TKMH Kết cấu và tính toán ô tô GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX 4 CHƯƠNG I: CHỌN SƠ ĐỒ CỦA HỘP SỐ Chọn loại hộp số 3 trục, có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm , 4 cấp ( 4 số tiến và 1 số lùi ) và có số 4 là số truyền thẳng . Các bánh răng luôn ăn khớp là các bánh răng trụ răng nghiêng . Dùng bánh răng trụ răng nghiêng có ưu điểm là giảm được tiếng ồn và lực va đập nhưng cũng có những phiền phức như phải dùng kèm với bộ đồng tốc, do đó kích thước hộp số sẽ tăng lên , mặt khác khi sang số phải khắc phục mômen quán tính lớn làm cho răng hoặc mặt ma sát của bộ đồng tốc phải chịu tải trọng động . Ta có : Số 1,2 và số lùi được gài bằng khớp then hoa Số 3;4 được gài bằng bộ đồng tốc Các bánh răng trên trục trung gian được chế tạo rời và lắp chặt trên trục trung gian Sơ đồ động của hộp số được trình bầy như trên hình vẽ : TKMH Kết cấu và tính toán ô tô GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX 5 CHƯƠNG II: CHẾ ĐỘ TẢI TRỌNG, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ VÀ XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN 2.1 Chế độ tải trọng khi thiết kế. 1.Tải trọng từ động cơ đến chi tiết đang tính của hộp số: M t = i M hi e . max [N.m] . M t : Mômen tính toán ở chi tiết cần tính [N.m] . M emax :Mômen cực đại của động cơ [N.m] . i hi :Tỉ số truyền từ động cơ đến chi tiết cần tính 2. Tải trọng từ bánh xe chủ động đến chi tiết cần tính toán theo điều kiện bám lớn nhất của cánh xe với mặt đường. i r M t bx Z   max max   [N.m] .  Z :Tổng phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động [N]  Z = G a =1345 [N] .  max :Hệ số bám lớn nhất của bánh xe với mặt đường-  max =0,7 . i t :Tỉ số truyền tính từ bánh xe chủ động đến chỉ tiết cần tính iii hit . 0  . r bx :Bán kính bánh xe Ta có: )(4044,25) 2 ( mm d B r b  rr bbx .   với  :Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp- 934,0  ]m[378,0]mm[34,377404.934,0 r bx  Sau khi tính toán xong MM t max ,  giá trị nào nhỏ hơn sẽ được chọn để tính toán. i hi 75,3 1  i h 3,2 2  i h 49,1 3  i h 0,1 4  i h M t [N.m] 700,4 448,8 268,6 170 M max  [N.m] 1467,8 1467,8 1467,8 1467,8 TS chọn 170 2.2 Xác định khoảng cách giữa các trục Vì hộp số có trục cố định nên khoảng cách sơ bộ được tính 3 max . M e aA  [mm] . M emax :Mômen cực đại của động cơ [N.m] TKMH Kết cấu và tính toán ô tô GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX 6 .a:Hệ số kinh nghiệm - Với xe con:a=18,5 5,102965,18A 3  [mm] Ta chọn: 5,102 A boso   [mm] 2.3 Chọn môđun bánh răng: m Chọn môđun theo công thức kinh nghiệm: M n = (0,032 – 0,040)A; chọn m n =3,5 Chọn góc nghiêng 20   2.4 Xác định số răng của các bánh răng 1. Cặp bánh răng luôn ăn khớp Số răng của bánh răng chủ động : Chọn theo điều kiện không cắt chân răng, nghĩa là 13 Z a ; chọn 16 Z a Số răng của bánh răng bị động: m Z n a A  cos2 ' - 0386,3916 5,3 9396,0.5,102.2 Z a  Làm tròn: 39 Z a  Tỉ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp là: 44,2 16 39 ' Z Z i a a a  2. Tỉ số truyền của các cặp bánh răng được gài số: Ta có: iii giahi . Với i gi là tỉ số truyền của cặp bánh răng được gài. -Tay số 1: 69,1 44,2 75,3 1 1  i i i a h g -Tay số 2: 08,1 44,2 3,2 2 2  i i i a h g -Tay số 2: 65,0 44,2 49,1 3 3  i i i a h g 3. Số răng của các bánh răng dẫn động gài số ở trục trung gian: -Số 1: 78,21 )69,11(5,3 .5,102.2 )1( A2 im Z 1gn 1g      , -Số 2: 64,26 )08,11.(5.3 93969,0.5,102.2 )1( cosA2 im Z 2gn 2g       -Số 3: 46,33 )65,01(5,3 9396,0.5,102.2 )1( cosA2 im Z 3gn 3g       Làm tròn: 22 Z 1g  27 Z 2g  34 Z 3g  4.Số răng của các bánh răng bị động trên trục thứ cấp: i ZZ gi gigi .' TKMH Kết cấu và tính toán ô tô GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX 7 -Số 1: 18,3722.69,1.' iZZ 1g1g1g  Làm tròn 37 ' Z 1g  -Số 2: 16,2927.08,1.' iZZ 2g2g2g  Làm tròn 29 Z 2g '  -Số 3: 1,2265,0.34.' iZZ 3g3g3g  Làm tròn 22 Z 3g '  5. Xác định lại tỉ số truyền của các cặp bánh răng gài số: Z Z i gi gi gi '  -Số 1: 68,1 22 37 ' Z Z i 1g 1g 1g  -Số 2: 07,1 27 29 ' Z Z i 2g 2g 2g  -Số 3: 65,0 34 22 ' Z Z i 3g 3g 3g  xác định số răng trục số lùi ta chọn theo điều kiênj không cắt chân răng thì 13Z L  .Ta chọn Z l1 = 16; Z l2 = 13 6. Xác định lại tỉ số truyền của hộp số: iii giahi . -Số 1: 1,468,1.44,2. iii 1ga1h  -Số 2: 61,207,1.44,2. iii 2ga2h  -Số 3: 65,0.44,2. iii 3ga3h  = 1.586 7. Tính chính xác khoảng cách trục: A -Cặp luôn ăn khớp: 43.102 cos2 )'( ZZm A aan a     [mm] -Cặp gài số 1: 25.103 cos2 )'( ZZm A 1g1gn 1     [mm] -Cặp gài số 2: 29.104 cos2 )'( ZZm A 2g2gn 2     [mm] -Cặp gài số 3: 29.104 cos2 )'( ZZm A 3g3gn 3     [mm] Chọn ]mm[43.102 AAA 31c  khi đó có sự sai lệch giữa khoảng cách các trục, ta chọn giải pháp dịch chỉnh góc các bánh răng của các cặp luôn ăn khớp và cặp gài số 2. 2.5 Tính toán dịch chỉnh góc bánh răng: 1. Xác định hệ số dịch chuyển các trục: A AA c    0 Với 00063,0 5,102 5,10243,102 43.102 0 c A     TKMH Kết cấu và tính toán ô tô GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX 8 2. Tổng số dịch chỉnh tương đối  0 và góc  : Với cặp luôn ăn khớp: 00063,0 0   5419 '   Với cặp bánh răng gài số 2: .00063.0 0   5419 '  2. Hệ số dịch chỉnh tổng cộng:  t  21  t .  1 :Hệ số dịch chỉnh phân cho bánh răng Z 1 .  2 : Hệ số dịch chỉnh phân cho bánh răng Z 2 Với cặp bánh răng gài số 1: 0093.0 2 t 21    4. Kiểm tra  1 và  2 : -Số răng tương đương :  cos 3 Z Z td  Ta có: 54.32 Z td2  và 95.34 Z ' td2  9.40 Z td3  và 5.26 Z ' td3  3873.0 COS tg tg n0 a0      -Hệ số dịch chỉnh tổng cộng: +Bánh răng luôn ăn khớp: 0186.0)'(.5,0 ZZ 11 0t   +Bánh răng gài số 2: 1764.0)'(.5,0 ZZ 2g2g 0t   Bảng II: Thông số hình học của bánh răng trụ răng nghiêng không dịch chỉnh số 2 Tên gọi KH Gài số 1 Bánh nhỏ : Bánh lớn Gài số 2 Bánh nhỏ : Bánh lớn Tỉ số truyền i 1.68 1.07 Môđun m n , m s 3.5 3.5 Bước pháp tuyến t n ,t s 10.99 11.49 Góc nghiêng của răng  0 o 21 0 10’ Môđun mặt đầu m s 0 3.66 Bước mặt đầu và cơ sở s 0 t, t 10.33 10.7 Đường kính vòng chia D 77 : 129.5 98,82 : 106.14 Đường kính vòng đỉnh D d 83.93 : 136.93 105.98 :113.3 TKMH Kết cấu và tính toán ô tô GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX 9 Đường kính vòng đáy D c 68.19 : 120.68 91,44 : 96,93 Chiều cao răng H 7.79 8.18 Chiều rộng vành răng B 17.5 28 Khoảng cách trục A 102.43 104.29 Góc ăn khớp  n 19 o 54’ 19 o 54’ Bảng III: Thông số hình học của các cặp bánh răng trụ răng nghiêng dịch chỉnh góc Tên gọi KH Cặp luôn ăn khớp Bánh nhỏ : Bánh lớn Cặp gài số 3 Bánh nhỏ : Bánh lớn Tỉ số truyền i 2.44 0.65 Môđun m 3.5 3.66 Bước răng t 10.99 11.49 Góc profin  0 20 o 10 21 '  Bước cơ sở t 0 10.99 10.7 Khoảng cách trục khi ( 0  t ) A 102.5 104.29 Khoảng cách trục khi ( 0  t ) A c 102.5 102.48 Hệ số thay đổi khoảng cách trục  0 0 -0.00063 Tổng hệ số dịch chỉnh  t 0 -0.0166 Phân cho bánh nhỏ  1 0 -0.0083 Phân cho bánh lớn  2 0 -0.0083 Độ dịch chỉnh ngược h 0 0 0.05 Đường kính vòng chia d 58.56 : 142.74 124.44 : 80.52 Đường kính vòng cơ sở d 0 116.04 : 75.08 Đường kính vòng đỉnh D d 65.06 : 149.74 131.6 : 87.68 Đường kính vòng đáy D c 49.8 : 134 115.23 : 71.3 Chiều cao răng h 7.8 3.6 Chiều rộng vành răng B 28 28 TKMH Kết cấu và tính toán ô tô GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX 10 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SỨC BỀN HỘP SỐ 3.1 Chế độ tải trọng để tính toán hộp số: 1. Mômen truyền đến các trục hộp số Bảng IV: Tên gọi Từ động cơ truyền đến Công thức[kN.m] Giá trị Theo bám từ bánh xe truyền đến Công thức[kN.m] Giá trị Trục sơ cấp MM es  0,17 ii r G M h bxs 10 max max    0.36 Trục trung gian i MM a etg . 0.42 ii r G M g bxtg 10 max max    0.87 Trục thứ cấp Số 1 Số 2 Số 3 i MM hi e i tc . i MM h etc 1 1 . 0.7 i MM h etc 2 2 . 0.45 i MM h etc 3 3 . 0.27 i r G M bxs 0 max max    1.46 Trong đó: . i 0 : tỉ số truyền TLC - 3,4 0  i .  max : hệ số bám lớn nhất - 7,0 max   . G  : trọng lượng bám ô tô - KG G 1345  2. Lực tác dụng lên các cặp bánh răng: - Lực vòng : mZ M P t . 2 3  - Lực hướng kính :   cos .tgP R  - Lực chiều trục : Q = P.tg Bảng V: Tên gọi Lực vòng P[N] Lực hướng kính R Lực chiều trục Q Cặp luôn ăn khớp 597,7 295 345 Cặp gài số 1 2375 998 1370 Cặp gài số 2 1194 676 689 Cặp gài số 3 655 275 378 [...]... - Trục thứ cấp trong mặt phẳng XOZ:  2 2 R3 b3 a3 (b3  a3 ) Q3 (a3  b3 a3  b32 )  3( a3  b3 ) EJ 3( a3  b3 ) EJ    2 7517 2 24 145 82 8157 ,3. 38721  7 3. 372 2.2 14 10 3. 372 2.2 14 10 7    0,0 046 [rad ] 2 - Trục thứ cấp trong mặt phẳng XOY: 2 P3 b3 a3 (b3  a3 ) Q3 (a3  b3 a3  b32 )  2 '  3( a  b ) EJ  3( a  b ) EJ 3 3 3 3   ' 2 187 93 2 24 145 82 8157 ,3. 38721  7 3. 372 2.2 14 10 3. 372...   3 3 3 3 3( a3  b3 ) EJ 3( a3  b3 ) EJ 7517 145 2.227 2 8157 ,3. 145 227 82.97,5  3. 372 2.1 04 10 7 3. 372 2.1 04 2.10 7  f 2  0,0258[mm]  f2  - Trục thứ cấp trong mặt phẳng XOY : 2 P3 b32 a3 Q a b (b  a3 ).r 03 f2 '  3 3 3 3 3( a3  b3 ) EJ 3( a3  b3 ) EJ 187 93 145 2.227 2 8157 ,3. 145 227 82.97,5  3. 372 2.1 04 10 7 3. 372 2.1 04 2.10 7  f 2 '  0,078[mm]  f2 ' b: Góc xoay của trục : - Trục sơ...  3. b1 )  3EJ 6 EJ 2 (6816  7729 ) .30 (30  2 24 ) 7909 40 . 538  f1   3. 2.2 14 10 6 6.2.2 14 10 6  f1  0,01[mm] f1  - Trục sơ cấp trong mặt phẳng XOY: ( Ra  Rr 2 ).b12 (a1  b1 ) Q1 r01.b1 (2.a1  3. b1 )  3EJ 6 EJ 2 (67 93  19 246 ) .30 (30  2 24 ) 7909 40 . 538  f1   3. 2.2 14 10 6 6.2.2 14 10 6  f1  0,0215[mm] f1 '  - Trục thứ cấp trong mặt phẳng XOZ 2 R3 b32 a3 Q a b (b  a3 ).r 03 f2   3 3...  40 [mm]  0, 04[ m] 2 2 220 + r 'a  d 'a   110[mm]  0,11[m] 2 2 + r  3 3  Ta tính được các ứng suất tiếp : 237 5 10 6.2.10 5 1 1  1  0 ,41 8.0,889 2.0,0 43 . 0 , 34 .0, 93 ( 0,05  0,1)  272 ,3[ MN / m 2 ]  1  0 ,41 8.0,889 11 94 10 6.2.10 5 1 1 (  )  185 ,3[ MN / m 2 ] 2.0,0 43 0 , 34 .0, 93 0,07 0,075 655 10 6.2.10 5 1 1  1  0 ,41 8.0,889 2.0,0 43 . 0 , 34 .0, 93 ( 0,0875  0,0525 )  144 [MN / m 2 ]  1  0 ,41 8.0,889...  3. b1 ) Q1 r01.(a1  3. b1 )  6 EJ 3EJ (6816  7729 ) .30 .(90  44 8) 7909 31 4    6 1 6.2.2 14 10 3. 2.2 14. 10 6  1     0,0 049 [rad ] 1 - Trục sơ cấp trong mặt phẳng XOY: Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX TKMH Kết cấu và tính toán ô tô 16 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang ( Pa  Pr 2 ).b1 (2.a1  3. b1 ) Q1 r01.(a1  3. b1 )  6 EJ 3EJ (67 93  19 246 ) .30 .(90  44 8) 7909 31 4    6 1 6.2.2 14 10 3. 2.2 14. ..  )  145 ,6[ MN / m 2 ] 2.0,0 43 0 , 34 .0, 93 0, 04 0,11 Như vậy các giá trị của  tx đều nhỏ thua [ ] tx =1000  2500[MN/m 2 ] 3. 3 Tính toán trục hộp số 1 Chọn sơ bộ kích thước các trục : a: Đối với trục sơ cấp: d 1  10,6 3 M e max  10,6 .3 96  48 ,5[mm] b: Đối với trục trung gian : d  0 ,45 .A  0 ,45 .66 ,4  29,88[mm] d  0,16  =250[mm] l l 2 2 2 2 c: Đối với trục thứ cấp : d 3 =0 ,45 A=0 ,45 .66 ,4 = 29,88[mm]...   12  [ x ]  20  35 [ N / mm 2 ] 3 Wx 0,2.d -Tính trục theo xoắn và uốn tổng hợp :    th   x  61,8   th  [ th]  80[ N / mm 2 ] c: 2 2 u Trục trung gian : -Tính phản lực tại các gối : p p p p r4 r4 a4 a4  p p 39 4  37 2 p  227 p  p R R 39 4  37 2 R  227 R p r5  a 3 a 3 a a5  3 a  3 p p p p r4 r5 a4 a4  5198mm  33 78[mm]  10766 mm  35 67[mm] -Tính trục theo độ bền uốn :... Lớp : ô tô K14b-TX TKMH Kết cấu và tính toán ô tô p p p p  r2 r2 r3  p  p a3  3 372  227 p a2 a2 p GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang 14 3 p p p p r2 r2  R3  37 2  227 R3  1 146 7 ,5mm  732 5[mm]  45 87 mm a2 a3  2 930 [mm] -Tính trục theo độ bền uốn : M  M  M  1518 946  1665100  M  22 538 31[ N mm] M   W  0M  57 ,3  [ ]  60[ N / mm ] ,1 d 2 u 2 x 2 2 y u u 2 u 3 u u u - Tính trục theo xoắn... l 3 =0,18  l 3 = 230 [mm] 3 A : Khoảng các trục l 2 , d 2 : Đường kính và chiều dài trục trung gian Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX TKMH Kết cấu và tính toán ô tô GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang 13 l 3 , d 3 : Đường kính và chiều dài trục thứ cấp 2 Tính trục về sức bền : Ta có sơ chịu lực của các trục trên a: Trục sơ cấp: -Tính phản lực tại các gối : p p p p r1 r1  p  p 2 24  30 p  p  R 2 24  30 ...   45 71 ,42 [h] Vtb 35  0,1 / 0,01; 2  1 / 0,2; 3  3 / 1 ,4;  4  10 / 7,8  80 / 87 ,3 5 - 1  16018[v / p], n2  36 890[v / p]; n3  7 038 2[v / p] 4  242 70[v / p]; n5  127658[v / p] n n -Hệ số vòng quay :  i  ni   n t 1 4  0,65;   1,51;   2,89 2  1   5,26 3 5 -Lực tác dụng tương đương : Sinh viên : Lớp : ô tô K14b-TX TKMH Kết cấu và tính toán ô tô 18 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang Trục . ]/[3,185) 075,0 1 07,0 1 ( 93,0. 34, 0. 043 ,0.2 10.2.10.11 94 889,0 .41 8,0 2 56 1 mMN   ]/[ 144 ) 0525,0 1 0875,0 1 ( 93,0. 34, 0. 043 ,0.2 10.2.10.655 889,0 .41 8,0 2 56 1 mMN   ]/[6, 145 ) 11,0 1 04, 0 1 ( 93,0. 34, 0. 043 ,0.2 10.2.10.7,597 889,0 .41 8,0 2 56 1 mMN   . 58.56 : 142 . 74 1 24. 44 : 80.52 Đường kính vòng cơ sở d 0 116. 04 : 75.08 Đường kính vòng đỉnh D d 65.06 : 149 . 74 131.6 : 87.68 Đường kính vòng đáy D c 49 .8 : 1 34 115.23 :. toán. i hi 75,3 1  i h 3,2 2  i h 49 ,1 3  i h 0,1 4  i h M t [N.m] 700 ,4 44 8,8 268,6 170 M max  [N.m] 146 7,8 146 7,8 146 7,8 146 7,8 TS chọn 170 2.2 Xác định