thiết kế truyền lực chính và vi sai của cầu xe chủ động xe zil131 (full cad)

Công dụng, phân loại, yêu cầu: Truyền lực chính có những công dụng như sau : - Truyền và thay đổi mô men - Thay đổi phương truyền lực Truyền lực chính được phân loại dựa theo nhiều t

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

KHOA ĐỘNG LỰC

BỘ MÔN XE QUÂN SỰ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KẾT CẤU TÍNH TOÁN Ô TÔ QUÂN SỰ

Đề bài:

Thiết kế truyền lực chính và vi sai của cầu xe chủ động xe ZIL131

Giáo viên hướng dẫn : Vũ Đức Lập

Học viên thực hiện : Lương Tuấn Long Lớp : Xe quân sự- K38

Hà Nội 6-2007

Hà Nội Tháng 6/2007

CHƯƠNG I

PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU TRUYỀN LỰC CHÍNH

VÀ VI SAI CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

I.Truyền lực chính

Truyền lực chính là một bộ phận rất quan trọng trong cầu xe, nó có nhiều loại mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng như :

- Truyền lực chính đơn

- Truyền lực chính kép

- Truyền lực chính hai cấp

I.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu:

Truyền lực chính có những công dụng như sau :

- Truyền và thay đổi mô men

- Thay đổi phương truyền lực

Truyền lực chính được phân loại dựa theo nhiều tiêu chỉ như :

a/ Theo đặc điểm cấu tạo bộ truyền :

- Truyền động thông thường (đường tâm trục chủ động và trục bị động cắt nhau)

- Truyền động hypôit (đường tâm trục chủ động và trục bị động không cắt nhau)

- Truyền động trục vít

- Truyền động xích

b/Theo số cặp bộ truyền :

- Truyền lực chính đơn

- Truyền lực chính kép

c/Theo số lượng tỷ số truyền :

- Truyền lực chính một cấp

- Truyền lực chính nhiều cấp

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 thước nhỏ gọn

I.2 Phân tích kết cấu của các loại truyền lực chính:

Sau đây ta đi phân tích kết cấu cụ thế của các loại truyền lực này và chọn phương án thiết kế cho bài toán

1 Truyền lực chính đơn

a/Truyền lực chính bánh răng côn răng thẳng :

Được bố trí dưới một góc 900 nhưng có khi được bố trí dưới một góc khác

900

* Ưu điểm :

Dễ chế tạo, lắp ghép đơn giản, giá thành rẻ

* Nhược điểm :

- Số răng ít nhất của bánh răng nhỏ phải lớn hơn 9 Nếu nhỏ hơn 9 sẽ xuất hiện hiện tượng cắt chân răng

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

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

Do nhiều nhược điểm nên hiện nay loại này ít được sử dụng

b/ Truyền lực chính bánh răng côn răng xoắn :

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

* Ưu điểm :

- Số răng nhỏ nhất của bánh răng chủ động có thể 6-7 mà vẫn đủ bền và bảo đảm ăn khớp tốt

- Khi bộ truyền có tỷ số truyền lớn thì kích thước và trọng lượng của cầu xe nhỏ gọn và đảm bảo được tính năng thông qua cao

- Làm việc êm dịu do có nhiều răng đồng thời ăn khớp

- Có khả năng truyền lực và mô men lớn, khả năng chống mòn tốt

- Gia công được trên các máy cắt có năng suất cao

* Nhược điểm :

- Phát sinh lực chiều trục ở tâm ăn khớp và phương của lực thay đổi theo chiều quay của bánh răng

- Nếu chiều xoắn của răng và chiều quay của bánh răng trùng nhau thì lực chiều trục sẽ hướng từ đáy đến đỉnh của bánh răng nón nên có thể gây hiện tượng kẹt răng Còn nếu chiều xoắn của răng và chiều quay của bánh răng

ngược nhau thì lực chiều trục sẽ đẩy bánh răng chủ động rời khỏi bánh răng bị động

Loại này được sử dụng trên nhiều loại xe, nhất là các loại xe con

c/ Truyền lực chính hypôit :

Nó có đặc điểm là đường tâm của bánh răng chủ động và bánh răng bị động được bố trí lệch nhau một khoảng lệch trục e Trục chủ động có thể được bố trí dưới hay trên tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật của từng xe

* Ưu điểm :

- Khi cùng kích thước với bộ truyền bánh răng côn răng xoắn thì bộ truyền hypôit có tỷ số truyền lớn hơn

i0 =

1

2

Z

Z

1

2 cos

cos





[1.1]

Trong đó:

i0- Tỷ số truyền của bộ truyền hypôit

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

1, 2-Góc nghiêng đường 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 ăn khớp 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 được trục của bánh răng chủ động so với bánh răng bị động một khoảng dịch trục là: e=(0,1- 0,2).d2

- Trục có kết cấu vững, độ bền cao, làm việc êm dịu do đường kính bánh răng chủ động lớn

- Áp suất tổng hợp lên bề mặt răng giảm (25-30)% so với bánh răng côn xoắn cùng kích thước

* Nhược điểm :

- Có sự trượt giữa các răng theo cả chiều dọc và chiều ngang do đó mà phải dùng dầu bôi trơn chuyên dùng

- Khi lắp ráp bộ truyền đòi hỏi phải chính xác, bánh răng chủ động phải có điểm tựa thật chắc chắn

Loại này được sử dụng rất nhiều trên xe, nhất là các loại xe tải

d/ Truyền lực chính trục vít – bánh vít :

Được sử dụng trên xe có yêu cầu tỷ số truyền lớn mà kích thước bộ truyền phải nhỏ gọn Đặc điểm của truyền động trục vít – bánh vít là có thể trục vít đặt trên hoặc đặt dưới

* Ưu điểm :

- Làm việc êm do số răng ít, kích thước nhỏ, tỷ số truyền lớn

- Có thể đặt vi sai ngay giữa cầu xe nên cầu xe có kết cấu đối xứng, dễ tháo lắp

- Đối với xe 3 cầu chủ động thì bộ truyền có khả năng truyền mô men quay lên cả 2 cầu chủ động thông qua 1 trục

- Khi đặt trục vít xuống dưới thì hạ thấp trọng tâm

- Áp suất riêng chỗ tiếp xúc răng của bộ truyền nhỏ

* Nhược điểm :

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

- Khi trục vít dưới bánh vít thì khoảng sáng gầm xe giảm nhưng làm tăng góc lệch trục các đăng.Trục vít trên thì tăng khoảng sang gầm xe nhưng khó khăn trong bôi trơn bộ truyền

- Chế tạo trục vít – bánh vít phức tạp, bánh vít thường chế tạo bằng kim loại màu (thường là đồng)

2 Truyền lực chính kép

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

Truyền lực chính kép được sử dụng nhiều trên xe 2 cầu, 3 cầu và xe có tải trọng lớn

a/Truyền lực chính kép trung tâm :

Cặp bánh răng côn xoắn và cặp bánh răng trụ được bố trí thành một cụm Khi

đó hai cặp bánh răng ăn khớp đặt trong cùng một vỏ cầu và vi sai đặt ngay sau cặp bánh răng thứ hai Phương án này trục của bánh răng côn và trục của bánh răng trụ nằm trong một mặt phẳng và vuông góc với nhau

b/Truyền lực chính kép bố trí tách cụm :

Thường bánh răng côn cùng bộ vi sai ở trung tâm còn các bánh răng trụ đặt ở sườn 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 hành tinh

3 Truyền lực chính hai cấp

Sử dụng trên ô tô khi cần thiết phải mở rộng khoảng tỷ số truyền của hệ thống truyền lực mà không cần phải thay đổi kết cấu các cụm của nó Số truyền thấp của truyền lực chính sử dụng khi xe chuyển động trong điều kiện đường khó khăn (đường xấu, đường đồi núi) để khắc phục những lực cản chuyển động lớn Sử dụng số truyền cao trong điều kiện đường tốt hoặc khi xe chở non tải cho phép nâng cao tính kinh tế nhiên liệu, vận tốc trung bình của ô tô và giảm

mô men xoắn trong dẫn động đến các bánh xe chủ động

Từ những phân tích kết cấu và xem xét ưu nhược điểm của các loại truyền lực trên, áp dụng cho bài toán thiết kế này tôi chọn truyền lực chính đơn kiểu bánh răng côn răng xoắn thường

Vật liệu chế tạo bánh răng truyền lực chính là thép hợp kim chất lượng cao như : 15ếÃÍ2ềÀ, 20ếÃÍè,…Bánh răng được xêmăngtit với độ sâu 1,2-1,5 mm và tôi trong dầu

II Vi sai

H-1.1 Truyền lực chính

kép

Vi sai là bộ phận rất quan trọng trong cầu xe, nó gồm nhiều loại khác nhau như :

- Vi sai bánh răng côn đối xứng

- Vi sai tăng ma sát

- Vi sai loại cam

- Vi sai kiểu trục vít

II.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu:

Vi sai có những công dụng như sau :

Đảm bảo cho các bánh xe chủ động quay được 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

Vi sai được phân loại dựa theo nhiều tiêu chỉ như :

a/ Theo công dụng :

- Vi sai giữa các bánh xe

- Vi sai giữa các cầu xe

- Vi sai giữa các truyền lực cạnh

b/ Theo đặc điểm phân bố mô men :

- Vi sai đối xứng

- Vi sai không đối xứng

c/ Theo đặc điểm kết cấu vi sai :

- Vi sai bánh răng

- Vi sai trục vít-bánh vít

- Vi sai cam

d/ Theo phương pháp khoá vi sai :

- Vi sai gài cưỡng bức

- Vi sai gài tự động

e/ Theo hệ số khoá vi sai :

kỏ =

0

M

M ms

[1.2]

Trong đó: Mms-Mô men ma sát [Nm]

M0 –Mô men trên vỏ vi sai [Nm]

- Vi sai ma sát trong bé kỏ< 0,2

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

- Vi sai khoá hoàn toàn kỏ > 0,7

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 thước và trọng lượng nhỏ

II.2 Phân tích kết cấu các loại vi sai:

Sau đây ta phân tích kết cấu của các loại vi sai và đưa ra phương án thiết kế cho bài toán

1 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 có tải trọng lớn và xe có tải trọng bé vi sai như 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 được 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 thường đi qua trục của các bánh răng hành tinh, các nữa hộp được lắp đồng tâm nhờ các gờ Mặt bích của vỏ vi sai dùng lắp ghép bánh răng bị động của truyền lực trung ương Giữa các mặt tỳ của bánh răng hành tinh mặt cầu thường có đĩa đồng để giảm

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 động hãm vi sai có thể bằng cơ khí , bằng điện khí, bằng thuỷ lực Dẫn động hãm vi sai loại cơ khí có cần gạt bố trí trên dầm cầu chủ động hoặc đặt cạnh người lái, loại này có nhược điểm là người lái chỉ sử dụng nó khi ô tô đã bị trượt quay và không có khả năng tự di động nữa

* Ưu 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 trường hợp xe chạy trên đường tốt hoặc điều kiện chuyển động của hai bánh xe như 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

* Nhược điểm :

Ma sát của bộ vi sai bé nên giảm khả năng thông qua của xe khi một bánh xe nằm ở đường lầy

Loại này hiện nay được sử dụng phổ biến và nhất là trên các loaị xe du lịch và

xe tải trọng nhỏ

2 Vi sai tăng ma sát

Loại này ngày càng được sử dụng nhiều Tăng ma sát trong loại vi sai hình nón bằng cách thiết kế thêm vào kết cấu ly hợp ma sát đĩa đặt giữa một trong hai bán trục và hộp vi sai Vi sai tăng ma sát được ứng dụng khả rộng rãi, vi sai tăng

ma sát có thể một hoặc hai ly hợp ma sát Trong loại vi sai này trục chữ thập được thay thế bằng hai trục cắt nhau theo góc vuông Hai trục này có khả năng dịch chuyển với nhau theo cả hai chiều trục lẫn chiều góc nghiêng, nhờ các mặt nghiêng tương ứng ở các đầu trục Ngoài ra trên vi sai còn các cốc trung gian nằm trên then hoa của bán trục giống như các bánh răng bán trục Khi các bánh răng hành tinh không quay lực truyền đến các bán trục, cũng như trong trường hợp vi sai có ma sát trong bé Khi các bánh răng hành tinh quay các mặt nghiêng của trục sẽ bị dịch chuyển đi như thế nào để lực trên ly hợp ma sát truyền qua cốc trung gian sẽ tăng lên đối với bán trục quay nhanh

Trị số mô men hãm sẽ không phải là một hằng số mà sẽ tỉ lệ với mô men truyền lên các bánh xe

3 Vi sai loại cam

Có nhiều loại khác nhau loại cam đặt hướng kính và loại cam đặt hướng trục Đây là loại vi sai có ma sát trong cao Vi sai cam mà con chạy đặt theo hướng kính nằm giữa các vành có dạng cam của bán trục Các con chạy được đặt vào vòng 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 vành cam ngoài với một lực P1' và vào vành cam trong với lực P2' P1' và P2' tác dụng thẳng góc với mặt bên của các vành cam Khi cả hai bánh xe chủ động chịu lực cản như nhau thì vận tốc góc của vòng giữa và các vành cam bằng nhau Nếu một trong các bánh xe chủ động có khuynh hướng tăng vận tốc góc, các chi tiết của vi sai

sẽ bắt đầu có dịch chuyển tương đổi với nhau nên trên các mặt bên của vành cam phát sinh lực ma sát hướng về các phía khác nhau đối với vành cam quay nhanh và vành cam quay chậm

Số mặt lồi lõm trên các vành cam của các bán trục phải khác nhau Vì nếu chúng bằng nhau thì khi hộp của vi sai quay tới vị trí nào đó, các con chạy chỉ dịch chuyển theo chiều hướng kính và lực sẽ không truyền đến vành hình cam nữa

Đối với loại vi sai cam đặt hướng trục, các con chạy được đặt trong vòng ngăn, 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 vi sai hai dãy mô men mạch động được khắc phục vì trong loại này người ta làm số mặt cam lồi lõm trên hai vành cam như nhau

Loại vi sai cam hai dãy với các con chạy bố trí theo hướng kính mỗi dãy con chạy tác dụng tương ứng với dãy mặt cam của nó Cho nên khi một dãy mặt cam trong dịch chuyển tương đối với dãy 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 được mô men thì dãy thứ hai sẽ truyền mô men ấy

Loại vi sai cam hai dãy có con chạy bố trí theo hướng trục, các cam có thể làm với các hình dạng mặt bên khác nhau, thường dạng đường xoắn ốc Acsimet

Sự dịch chuyển theo hướng kính của một điểm bất kỳ của dạng mặt bên này tỷ

lệ với góc quay  của cam

Loại vi sai cam được sử dụng phổ biến với xe có tải trọng lớn

4 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 bánh răng hành tinh Các bánh hành tinh gắn với nhau nhờ các bánh vít hành tinh phụ 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 thường áp dụng cho các loại xe tải trọng lớn

Qua phân tích kết cấu các loại truyền lực chính và vi sai, áp dụng vào điều kiện cụ thể của đề tài “Thiết kế truyền lực chính và vi sai của cầu xe chủ động ôtô ZIL-131” ta chọn loại truyền lực chính kép và vi sai bánh răng côn đối xứng

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRUYỀN LỰC CHÍNH

I Các số liệu ban đầu

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

tham khảo của xe ZIL-131 :

STT Thông số Giá trị Đơn vị Ghi chú

3 Khối lượng phân bố lên các cầu

 Cầu trước M1

 Trục cân bằng Mcb

3340 8585

Kg Kg

4 Mômen cực đại của động cơ Memax 402,2 Nm

5 Tỷ số truyền của hộp số

 Số truyền 1 ih1

 Số truyền 1 ih2

 Số truyền 1 ih3

 Số truyền 1 ih4

 Số truyền 1 ih5

 Số lùi ihl

7,44 4,10 2,29 1,47 1,00 7,09

6 Tỷ số truyền HSPP

 Số truyền cao ipc

 Số truyền thấp ipt

1,00 2,08

7 Tỷ số truyền lực chính i0 7,339

II Tính toán các chi tiết của truyền lực chính:

Tính toán truyền lực chính ta tiến hành theo trình tự sau :

- Chọn chế độ tải trọng tính toán

- Xác định các kích thước cơ bản của bộ truyền

- Xác định các lực tác dụng lên bộ truyền

- Tính toán kiểm bền cho bộ trruyền

II.1 Chọn tải trọng tính toán:

Với xe dẫn động hoàn toàn (có tất cả các cầu là chủ động), tải trọng xác định theo mô men bám, trong đó coi mô men giữa các cầu được phân bố tỷ lệ với trọng lượng bám :

0 c

M

M =

tt i i

M1 G 1max k.r

Trong đó :

M i – Mô men bám trên cầu thứ i [Nm]

G i - Trọng lượng bám trên cầu thứ i [N]

ic - Tỷ số truyền lực cạnh

i0 - Tỷ số truyền lực chính

Mô men bám tác dụng lên cầu sau:

M2 G 2max k.r

Trong đó :

Trọng lượng bám lên cầu sau

Hệ số bám max= 0,8

Hệ số biến dạng lốp λ = 0,9351

Bán kính thiết kế bánh xe

Bán kính tính toán bánh xe rk = r λ = 0,5225 (m)1

Ta có : M = 17942,65 (Nm)2

Mô men tính toán : Mtt = 2445 (Nm)

II.2 Chọn các kích thước cơ bản của truyền lực chính:

Chọn sơ bộ tỉ số của các cặp bánh răng truyền lực chính:

Bộ truyền bánh răng CXT: i0c= 1,7

Bộ truyền bánh răng trụ: i0t = 0

0c

i

i =

7,339

4,32 1,7 

1.Bộ truyền bánh răng côn xoắn thường:

- Chọn môđun mặt đáy răng ms=10 (Dựa vào Mtt và đồ thị 2.10 [3])

- Chọn số răng của bộ truyền côn xoắn thường :