THIẾT kế TÍNH TOÁN cầu CHỦ ĐỘNG XE tải 3 tấn

MỤC LỤC trangLỜI NÓI ĐẦU3CHƯƠNG I. TỔNG QUAN41.1 Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực41.2 Truyền lực chính41.3 Vi Sai61.4 Các bán trục151.5 Vỏ cầu17CHƯƠNG II. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA CỤM CẦU 212.1 Tính toán bộ truyền lực chính HyPoid212.2 Tính toán vi sai292.3 Tính toán bán trục và dầm cầu34CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIATHIẾT KẾCÁC CHI TIẾT TRONG CỤM CẦU CHỦ ĐỘNG443.1 Tổng quan về trợ giúp máy tính trong lĩnh vực thiết kếchế tạo máy.443.2 Giới thiệu phương pháp thiết kế 3D bằng phần mềmCATIA.443.3 Sử dụng phần mềm CATIA thiết kế các chi tiết trongcụm cầu chủ động.503.4 Một số các chi tiết khác của cụm cầu được vẽ bằng phầnmền CATIA.59CHƯƠNG IV. TÍNH BỀN BÁNH RĂNG QUẢ DỨA BẰNGPHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VỚI ỨNG DỤNG PHẦNMỀM ANSYS WORKBENCH.63634.1 Một số khái niệm của phương pháp PTHH.634.2 Tổng quan về phần mềm ansys workbench.654.3 Ứng dụng phần mềm ANSYS WORKBENCH vào tínhứng suất uốn bảnh răng quả dứa.72CHƯƠNG V. CHĂM SÓC BẢO DƯỠNG KỸ THUẬT765.1 Kiểm tra, điều chỉnh.765.2 Một số yêu cầu kỹ thuật79KẾT LUẬN81TÀI LIỆU THAM KHẢO82

MỤC LỤC 1 2 trang LỜI NÓI ĐẦU 3 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 4 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực 4 1.2 Truyền lực chính 4 1.3 Vi Sai 6 1.4 Các bán trục 15 1.5 Vỏ cầu 17 CHƯƠNG II. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA CỤM CẦU 21 2.1 Tính toán bộ truyền lực chính HyPoid 21 2.2 Tính toán vi sai 29 2.3 Tính toán bán trục và dầm cầu 34 CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIATHIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRONG CỤM CẦU CHỦ ĐỘNG 44 3.1 Tổng quan về trợ giúp máy tính trong lĩnh vực thiết kế chế tạo máy. 44 3.2 Giới thiệu phương pháp thiết kế 3D bằng phần mềm CATIA. 44 3.3 Sử dụng phần mềm CATIA thiết kế các chi tiết trong cụm cầu chủ động. 50 3.4 Một số các chi tiết khác của cụm cầu được vẽ bằng phần mền CATIA. 59 CHƯƠNG IV. TÍNH BỀN BÁNH RĂNG QUẢ DỨA BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VỚI ỨNG DỤNG PHẦN 63 4.1 Một số khái niệm của phương pháp PTHH. 63 4.2 Tổng quan về phần mềm ansys workbench. 65 LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghiệp ô tô trên thế giới ngày càng phát triển mạnh cả về quy mô và công nghệ. Sự phát triển của công nghiệp ô tô dẫn đến sự hợp tác liên kết giữa các hãng xe, các nước nhằm cắt giảm chi phí sản xuất. Công nghiệp ô tô bắt đầu hình thành và phát triển ở nước ta từ năm 1964 và không ngừng phát triển trong nhưng năm gần đây. Ở nước ta hiện nay, thị trường ô tô đang sôi động với nhiều doanh nghiệp tham gia sản xuất lắp ráp ô tô. Trong số các doanh nghiệp có vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài, đa số các doanh nghiệp tham gia sản xuất lắp ráp xe du lịch, còn các doanh nghiệp tham gia vào sản xuất lắp ráp xe tải chiếm số lượng rất nhỏ. Nhiều doanh nghiệp đã nhập sắtxi về và thiết kế chế tạo thành xe ô tô dùng trong các lĩnh vực khác nhau đặc biệt là chở hàng hoá. Điều đó đã đáp ứng được phần nào nhu cầu về xe tải trong khi nền công nghiệp ô tô của nước ta chưa đáp ứng được. Trong giai đoạn vừa qua, tỷ lệ nội địa hoá ở các sản phẩm ôtô VN chủ yếu tập trung vào một số chi tiết, phụ tùng như khung vỏ, săm lốp, nhựa, cao su… một phần đã và đang thực hiện là động cơ hộp số chủ yếu là trong hệ thống truyền lực, chi tiết cơ khí. Cụm Cầu chủ động là một trong các cụm chi tiết chính của hệ thống truyền lực. Cầu chủ động hoàn toàn có khả năng nội địa hoá bằng công nghệ trong nước. Trước tình hình trên em đã chọn đề tài: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CẦU CHỦ ĐỘNG XE TẢI 3 TẤN. Do trình độ và thời gian có hạn nên Đồ án của nhóm chúng em khó tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn. Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo DƯƠNG NGỌC KHÁNH, cùng các thầy trong bộ môn Ô tô - trường ĐHBK Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và cho chúng em những ý kiến quí báu để chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp. 3 Hà nội, Ngày 01 tháng 06 năm 2012 Sinh viên thực hiện: Lê Huy Hồng CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung hệ thống truyền lực Hệ thống truyền lực của ôtô là hệ thống tất cả các cơ cấu nối từ động cơ tới bánh xe chủ động, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi chiều quay, biến đổi giá trị mômen truyền. Vậy kết cấu của hệ thống truyền lực là: Ly hợp → Hộp số → Hộp phân phối → Các đăng → Các cầu chủ động → bán trục → Bánh xe. Sơ đồ bố trí chung hệ thống truyền lực: Hình 1.1:Hệ thống truyền lực. 1.2 Truyền lực chính. 1.2.1 Công dụng: Truyền lực chính dùng để tăng mô men và truyền mô men quay từ trục các đăng đến các bánh xe chủ động của ôtô theo một tỷ số truyền nhất định, đồng thời có thể chuyển hướng truyền mô men. 1.2.2 Yêu cầu chung của truyền lực chính: - Phải có tỷ số truyền cần thiết để phù hợp với chất lượng kéo và tính kinh tế nhiên liệu của ôtô. 4 - Có kích thước nhỏ gọn để tăng khoảng sáng gầm xe. - Có hiệu suất truyền động cao. - Đảm bảo độ cứng vững tốt, làm việc không ồn, tuổi thọ cao. - Trọng lượng cầu phải nhỏ để giảm trọng lượng phần không được treo. 1.2.3 Phân loại truyền lực chính : - Theo số lượng bánh răng truyền lực chính có hai dạng: + Loại đơn gồm một cặp bánh răng ăn khớp. + Loại kép gồm hai cặp bánh răng ăn khớp. - Truyền lực đơn lại có thể phân loại theo dạng bánh răng: + Loại bánh răng côn răng thẳng. + Loại bánh răng côn răng xoắn. + Loại bánh răng hypoit. + Loại trục vít bánh vít. a b c d Hình 1.2: Các dạng truyền lực chính đơn. a, Truyền lực chính bánh răng côn b, Truyền lực chính Hypoid c, Truyền lực chính bánh răng trụ d, Truyền lực chính trục vít bánh vít - Truyền lực kép có thể được phân thanh hai loại: + Truyền lực trung tâm với cả hai cặp bánh răng được bố trí trong cùng một cụm nằm giữa hai bánh xe chủ động. + Truyền lực chính kép bố trí không tập trung với cặp bánh răng thứ hai được bố trí tại các dẫn động tới các bánh xe chủ động. 5 - Theo số cấp số có thể phân truyền lực chính thành: + Truyền lực chính một cấp (chỉ có một tỉ số truyền duy nhất) + Truyền lực chính hai cấp (có hai cấp số được điều khiển bởi người lái). 1.2.4 Cấu tạo truyền lực chính: Truyền lực chính đơn có kết cấu gọn, nhẹ đơn giản dễ sản xuất và bảo dưỡng sửa chữa, giá thành thấp nên được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền lực ô tô. Tuy nhiên do chỉ có một cặp bánh răng, nên tỉ số truyền của truyền lực chính dạng này bị giới hạn (i 0 < 7) và khả năng chịu tải không lớn sẽ phải tăng mô đun răng, điều này dẫn đến tăng kích thước bánh răng và giảm khoảng sáng gầm xe. Truyền lực dạng hypoid được sử dụng ngày càng rộng rãi trên các loại ô tô do có những ưu điểm nổi trội: khả năng chịu tải lớn, làm việc êm dịu và không ồn. Đặc điểm nhận dạng của truyền lực chính loại này là trục của các bánh răng không cắt nhau mà đặt lệch nhau một đoạn e. Truyền lực chính bánh răng trụ được sử dụng trên các ô tô con có động cơ đặt trước nằm ngang và cầu trước chủ động. Truyền lực chính dạng trục vít bánh vít cho phép có tỷ số truyền lớn hơn 7 với kết cấu nhỏ gọn. Tuy nhiên truyền lực trục vít có hiệu suất và khả năng chịu tải thấp hơn truyền động bánh răng côn và truyền động Hypoid, hơn nữa giá thành sản xuất của dạng truyền động này lại cao hơn nên được sử dụng tương đối hạn chế (sử dụng trên một số loại ô tô có tính năng việt dã cao). 1.3 Vi sai. 1.3.1 Công dụng: Bộ vi sai có nhiệm vụ làm cho các bánh xe chủ động có thể quay với các vận tốc khác nhau trong các trường hợp ôtô quay vòng hoặc ôtô chuyển động trên đường gồ ghề không bằng phẳng. 6 1.3.2 Yêu cầu của cụm visai: + Phân phối mô men xoắn giữa các bánh xe hay giữa các trục theo tỷ lệ đảm bảo sử dụng trọng lượng bám tối đa ở các bánh xe. + Kích thước vi sai phải nhỏ gọn để dễ bố trí. + Có hiệu suất truyền động cao. 1.3.3 Phân loại vi sai: - Theo kết cấu gồm có: + Vi sai với các bánh răng côn. + Vi sai với các bánh răng trụ. + Vi sai tăng ma sát. - Theo đặc tính phân phối mô men xoắn gồm có: + Vi sai đối xứng loại mô men xoắn được phân phối đều ra hai bán trục. + Vi sai không đối xứng mô men xoắn phân phối không đều ra hai bán trục. 1.3.4 Kết cấu một số dạng vi sai * Vi sai côn a, Cấu tạo 1: Bánh răng chủ động 2: Bánh răng bán trục 3: Vỏ vi sai 1 4: Bánh răng bị động 5: Vỏ vi sai 2 6: Bánh răng hành tinh 7 Hình 1.3 Vi sai côn đối xứng b, Nguyên lý hoạt động Khi mô men được truyền từ động cơ đến bánh răng chủ động 1, qua bánh răng bị động 4, đến vỏ vi sai 3,5 do vỏ vi sai được lắp trên bánh răng bị động nên vỏ vi sai quay, trên vỏ vi sai lắp chốt chữ thập có gắn các bánh răng hành tinh nên chốt quay. Trong trường hợp hệ số bám của hai bên bánh xe như nhau thì chốt chữ thập và bánh răng hành tinh đóng vai trò nsshư một khóa gài khi đó chỉ có bánh răng bán trục quay làm bán trục quay. Trường hợp hệ số bám trên hai bánh xe khác nhau khi này bánh răng hành tinh quay tương đối với trục chữ thập và ăn khớp với bánh răng bán trục làm cho hai bán trục quay với vận tốc khác nhau. Nhược điểm: +Khả năng vượt lầy kém và tính cơ động không cao. Ưu điểm + Kết cấu đơn giản. +Dễ chế tạo. * Vi sai cam a, Cấu tạo Bánh răng côn bị động 2 gắn chặt với vỏ vi sai 3, ở một nửa vỏ vi sai 3 có chế tạo liền các vách ngăn 4, các cam 5 được lắp vào vành ngăn đó và lại tựa lên vành cam ngoài 6 và vành cam trong 7. Trên vành cam 6 và 7 có sẻ các rãnh then hoa để nối với hai nửa trục truyền ra hai bên bánh xe. 8 Hình 1.4Vi Sai Cam 1: Bánh răng côn chủ động 4: Vành ngăn 2: Bánh răng côn bị động 5: Cam 3: Vỏ vi sai 6,7: Vành cam b. Nguyên lý hoạt động: Khi mômen truyền từ động cơ qua bánh răng côn chủ động 1 đến bánh răng côn bị động 2 qua vỏ vi sai 3 và qua vành ngăn 4 truyền cho cam 5, các đầu cam 5 tỳ lên các vành cam 6 và 7 để truyền ra hai bên nửa trục qua then hoa. Nếu sức cản hai bên bánh xe là như nhau thì cả hai nửa trục quay với tốc độ như nhau. Lúc này chốt 5 không dịch chuyển tương đối, đối với bề mặt cam 6 và 7. Trong trường hợp sức cản ở trên các bánh chủ động là khác nhau sẽ có một bên bánh xe quay nhanh và một bên bánh xe quay chậm, cam 5 sẽ cùng quay với bộ phận chủ động 3 đồng thời dịch chuyển theo chiều hướng chiều trục . Khi đó xảy ra sự trượt ở bề mặt làm việc của cam đối với bề mặt làm việc của vành cam. Trên mặt cam của nửa trục quay chậm tốc độ trượt của cam hướng theo chiều quay của bộ phận chủ động, còn ở trên mặt cam của nửa trục quay nhanh hướng về chiều ngược lại. Để hiểu rõ vấn đề này ta xét lực tác dụng trên vi sai cam trong hai trường hợp khi sức cản ở hai bên 9 bánh xe chủ động là như nhau và khi sức cản ở hai bên bánh xe chủ động khác nhau. Khi sức cản ở hai bên bánh xe chủ động là như nhau thì vành cam đặt 4 tác dụng lên cam 5 lực P ép lên vành cam trong và ngoài những lực pháp tuyến với dạng cam. Khi hai bên bánh xe chủ động có sức cản như nhau thì tốc độ góc của vành 4 và hai vành cam bằng nhau. Khi hai bánh chủ động có sức cản khác nhau, nếu một trong số các bánh xe có xu hướng tăng tốc độ góc thì giữa các chi tiết của vi sai bắt đầu có sự chuyển dịch tương đối và ở các mặt đầu của cam 5 xuất hiện những lực ma sát hướng lên các vành cam quay nhanh và quay chậm về những hướng khác nhau. Ở vành cam quay chậm lực ma sát ngược với vận tốc trượt, sẽ hợp với lực chủ động và tăng mômen cho bánh xe quay chậm. Ở vành cam quay nhanh lực ma sát ngược với vận tốc trượt nhưng lại giảm mômen cho bánh xe quay nhanh. * Ưu điểm: + Khả năng vượt trơn lầy tốt hơn vi sai côn đối xứng. Vì vậy tính năng cơ động cao hơn. + Đảm bảo cho ôtô không có trượt quay một trong số các bánh xe chủ động trong tất cả các trường hợp mà cả hai bánh xe đều tựa lên mặt đường. * Nhược điểm: + Vi sai cam một dãy vì số mặt lồi lõm trên vành cam 6 và 7 khác nhau sẽ sinh ra mômen động khi vi sai làm việc chóng mòn. + Loại vi sai đặt theo hướng trục: lực chiều trục lớn tác dụng lên vỏ vi sai, nên các bulông lắp trên vỏ phải chịu những lực này và ổ bi phải chọn sao cho đủ khả năng chịu được lực chiều trục này cho nên kết cấu ổ tăng và phải tăng độ bền, độ cứng vững cho toàn bộ cơ cấu do đó sẽ làm tăng trọng lượng và kích thước chung của cơ cấu lên. 10 [...]... phép là [σtx]= 35 00 (MN/m2) và [ σ u ] = 1100( MN / m ) Chọn số răng theo i0,với xe tải 3 tấn ta chọn số răng của bánh răng chủ động là 6 răng Do đó: Z2= Z1.i0= 6.6, 93 = 41.5 chọn Z2=41 răng Ta tính lại i0: i0 = Z 2 41 = = 6. 83 Z1 6 - Chọn góc xoắn β cho cặp bánh răng của xe tính toán: Với xe tính toán thì góc xoắn của bánh răng chủ động của truyền lực chính là: β1=40o÷42o, chọn 42o Tính chọn L: Dựa... thông số Giá trị - Công suất lớn nhất/ tốc độ quay ĐỘNG CƠ 70 /35 00 ( kW/vòng/phút) - Mô men lớn nhất/ tốc độ quay 227/2200 ( kW/vòng/phút) - Trọng lượng bản thân (N) - Trọng tải TẢI 235 50 (N) 31 450 - Trọng lượng toàn bộ (N) 55000 + Cầu trước (N) 9420 + Cầu sau (N) 14 130 + Cầu trước (N) 22000 + Cầu sau (N) 33 000 TRỌNG Phân bố tải trọng - Không tải: - Đầy tải: - Tốc độ lớn nhất (km/h) 90 5985 - Chiều dài... loại ô tô con do kết cấu đơn giản 1,4 Ổ bi 2 Vỏ cầu 3 Bán trục 5 Bánh xe Hình 1.8: Sơ đồ bán trục giảm tải 1/ 2 1.5 Vỏ cầu 1.5.1 Công dụng của vỏ cầu Đối với xe có khả năng cơ động hệ thống treo thường là hệ thống treo phụ thuộc Cầu xe là phần khối lượng không được treo Trong thiết kế cầu xe thường ta phải cố gắng để phần khối lượng không được treo này là nhỏ đến mức có thể Tuy nhiên vỏ cầu phải đáp ứng... 32 P= P= 0, 6.M e max ih1.i0 K d b   q  r1 − sin δ ÷ 2   [2] - (6-28) 0, 6.227.5, 494.6, 83. 1 = 40 831 ,37 ( N ) 0, 032   4  0, 039 − sin 28,8 ÷ 2   E: Môđun đàn hồi của vật liệu, E = 21,5.1010 (N/m2) rtd1, rtd2: Bán kính tương đương của bánh răng chủ động và bánh răng bị động rtd 1 = rb r 63 39 = = 109,906(mm); rtd 2 = h = = 35 ,37 1(mm) o cos δ b cos 61, 2 cos δ h cos 28,8o σ tx = 0, 418 40 831 ,37 .21,5.1010... chọn L: Dựa theo Mtt ta tính được: L = 14 3 M e max.ih1 = 14 3 227.5, 494 = 210. 93( mm) Tính môđun pháp tuyến bánh răng: mn = L.cos β1 2 0,5 Z12 + Z 2 = 210. 93. cos 42o 0,5 62 + 412 = 7.56 Ta quy chuẩn môđun pháp tuyến về dãy tiêu chuẩn, do đó chọn: mn=7 22 m 7 n + Tính môđun mặt đầu: ms = cos β = cos 42o = 9, 42 1 + Chiều rộng răng: Chọn b=0 ,3. L =0 ,3. 210, 93 = 63. 297 Chọn b 1= 63. 3 (mm) ,b2=58(mm) Z 6 o... 6, 83 Trái Phải 38 56,5 38 6.22 25 14 Bán kính vòng chia đáy lớn rc mm 28,25 1 93. 11 15 Bước răng đáy lớn ts mm 21,98 21,98 16 Đường kính vòng đỉnh đáy lớn De mm 98,06 39 4,67 17 Khe hở chân răng đáy lớn c mm 18 Chiều cao đầu răng đáy lớn he mm 2,994 15, 838 19 Chiều cao răng đáy lớn h mm 21,187 21,187 S mm 7, 037 14,9 43 21 Đk vòng chân răng đáy lớn Di mm 35 ,7 38 2 22 Đk vòng chân răng đáy nhỏ di mm 33 ,4 35 9,54... mm mm Kết quả Hành tinh 4 11 1,4615 5 28,8 20 32 - 0,224 57,064 55 27,5 15,7 80 1 3, 38 mm 7, 035 8,665 mm 7,875 7,875 mm 47,125 92,125 mm 31 53 16 S vòng chia 17 Chiều cao răng đáy lớn H Đường kính vòng chân răng 18 di đáy lớn 19 Bkính vòng chia trung bình rx 2.2.2 Tính bền vi sai Bán trục 2 20 61,2 20 23 0,224 57,064 100 50 15,7 136 1 6,28 Mômen xoắn truyền từ truyền lực chính đến bánh xe chủ động qua... xe chủ động Trên các loại bán trục không được giảm tải hoàn toàn bán trục còn được dùng để tiếp nhận các lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động 1.4.2 Yêu cầu đối với các bán trục: a) Yêu cầu chung của bán trục: + Phải chịu được mô men xoắn lớn trong khoảng thời gian lâu dài Bán trục phải thẳng, không được lệch nhất là đối với các xe có khả năng cơ động + Đối với bán trục của cầu dẫn hướng chủ. .. bán trục, chọn d3=112 (mm), d4=75 (mm) σ cd 4 = 4.4.89 43, 11 ≈ 18.016( MN / m 2 ) 2 2 3, 14(0,112 − 0, 075 ) σ cd 4 < [σ cd 4 ] = 30 ÷ 60( MN / m 2 ) + Ứng suất cắt τ của trục bánh răng hành tinh dưới tác dụng của lực vòng Pvs τ= 4.Pvs 4.24571 = = 40, 01( MN / m 2 ) 2 2 6 π d vs 3, 14.0, 028 10 τ < [τ ] = 60 ÷ 100( MN / m 2 ) 2 .3 TÍNH TOÁN BÁN TRỤC VÀ DẦM CẦU 2 .3. 1 Tính toán bán trục a, Tính bền bán trục... SỐ CƠ BẢN CỦA CỤM CẦU SAU 2.1 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN LỰC CHÍNH HYPOID 2.1.1 Tính toán tỉ số truyền truyền lực chính 20 Theo tài liệu [3] từ công thức đảm bảo vận tốc lớn nhất của xe ta tính được tỉ số truyền của truyền lực chính: io = 2.π rbx ne max 60.ih 5 vmax Trong đó: • r0 Bán kính bánh xe, với xe có kí hiệu lốp 7,0-16,1 Theo [3] ta có: d 16,1 ro = ( B + ).25, 4 = (7, 0 + ).25, 4 = 38 2, 27 (mm) 2 2 . 21 2.1 Tính toán bộ truyền lực chính HyPoid 21 2.2 Tính toán vi sai 29 2 .3 Tính toán bán trục và dầm cầu 34 CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIATHIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRONG CỤM CẦU CHỦ ĐỘNG 44 3. 1. máy tính trong lĩnh vực thiết kế chế tạo máy. 44 3. 2 Giới thiệu phương pháp thiết kế 3D bằng phần mềm CATIA. 44 3. 3 Sử dụng phần mềm CATIA thiết kế các chi tiết trong cụm cầu chủ động. 50 3. 4. (N) - Trọng tải (N) - Trọng lượng toàn bộ (N) 235 50 31 450 55000 Phân bố tải trọng - Không tải: + Cầu trước (N) + Cầu sau (N) - Đầy tải: + Cầu trước (N) + Cầu sau (N) 9420 14 130 22000 33 000 - Tốc