hộp phân phối ô tô trên xe du lịch có cầu sau chủ động

1. TỔNG QUAN VỀ HỘP PHÂN PHỐI TRÊN ÔTÔ 4 1.1. Công dụng và yêu cầu của hộp phân phối 4 1.1.1 Công dụng của hộp phân phối 4 1.1.2 Yêu cầu của hộp phân phối 4 1.2. Phân loại hộp phân phối 5 1.2.1. Theo nguyên lý truyền động 5 1.2.2. Theo cấp số truyền 10 1.2.3. Theo tỷ lệ phân chia mômen ra các cầu 11 1.2.4. Theo dạng điều khiển gài cầu 11 1.2.5. Theo công dụng của hộp phân phối 11 1.2.6. Theo tính chất biến đổi mômen các trục 12 2. TÍNH TỶ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU CỦA HỘP PHÂN PHỐI 13 2.1. Tính toán xác định các thông số ban dầu 13 2.2. Chọn loạikiểu sơ đồ động học hộp phân phối 14 2.2.1 Chọn loại hộp phân phối 14 2.2.2 Sơ đồ động học hộp phân phối 14 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TRỤC VÀ BỘ GÀI ĐỒNG TỐC HỘP PHÂN PHỐI 16 3.1. Tính toán kích thước cơ bản của trục và các bánh răng hộp phân phối 16 3.1.1 Xác định khoảng cách trục của hộp số 16 3.1.2. Xác định số răng của bánh răng hộp phân phối 19 3.2. Tính kích thước trục hộp phân phối 22 3.2.1. Đường kính trục 22 3.2.2. Tính chiều dài sơ bộ các trục 23 3.2.3. Kích thước bánh răng, ổ đỡ trên hộp phân phối 24 3.2.4. Xác định các kích thước cơ bản của các bánh răng trục trung gian và trục sơ cấp số truyền thẳng của hộp phân phối 24 3.3. Xác định các thông số cơ bản của đồng tốc hộp phân phối. 25 3.3.1. Tỷ số truyền của hộp phân phối 25 3.3.2. Mômen quán tính khối lượng tổng cộng quy dẫn về trục li hợp 26 3.4. Tính toán các thông số của bộ đồng tốc 30 3.4.1. Mômen ma sát yêu cầu của bộ đồng tốc 30 3.4.2. Bán kính ma sát của bộ đồng tốc 32 3.4.3. Chiều rộng bề mặt vành ma sát của bộ đồng tốc 33 3.4.4. Góc nghiêng của bề mặt hãm β 33 3.4.5. Tính toán kiểm tra các thông số cơ bản của bộ đồng tốc 34 3.4.6. Kết cấu loại đồng tốc loại IIa 37 3.4.7. Bộ khóa vi sai trong hộp phân phôi 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

Tính toán thiết kế hộp phân phối ôtô MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 3 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỘP PHÂN PHỐI Ô TÔ 4 1.1.1 Công dụng của hộp phân phối 4 1.2.Phân loại hộp phân phối 5 1.2.1.Theo nguyên lý truyền động 5 1.2.2.Theo cấp số truyền 10 1.2.3.Theo tỷ lệ phân chia mômen ra các cầu 11 1.2.4.Theo dạng điều khiển gài cầu 11 1.2.5.Theo công dụng của hộp phân phối 11 1.2.6.Theo /nh chất biến đổi mômen các trục 12 2.2.1. Chọn loại hộp phân phối 14 2.2.2 Sơ đồ động học hộp phân phối 15 Chương 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỘP 15 3.1.1 Xác định khoảng cách trục của hộp số 15 3.1.2. Xác định số răng của bánh răng hộp phân phối 19 3.2. Tính kích thước trục hộp phân phối 22 3.2.1. Đường kính trục 22 3.2.2. Tính chiều dài sơ bộ các trục 23 3.2.4. Xác định các kích thước cơ bản của các bánh răng trục trung gian và trục sơ cấp số truyền thẳng của hộp phân phối 24 3.3. Tính toán xác định các thông số cơ bản của đồng tốc hộp phân phối 25 3.3.1. Tỷ số truyền của hộp phân phối 25 3.3.2. Mômen quán /nh khối lượng tổng cộng quy dẫn về trục li hợp 26 3.4.1.Mômen ma sát yêu cầu của bộ đồng tốc 30 3.4.2. Bán kính ma sát của bộ đồng tốc 33 3.4.3. Chiều rộng bề mặt vành ma sát của bộ đồng tốc 34 3.4.4. Góc nghiêng của bề mặt hãm β 34 3.4.5. Tính toán kiểm tra các thông số cơ bản của bộ đồng tốc 35 3.4.7. Bộ khóa vi sai trong hộp phân phối 38 - 1 - Tính toán thiết kế hộp phân phối ôtô TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 - 2 - Tính toán thiết kế hộp phân phối ôtô LỜI NÓI ĐẦU Sau khi học xong môn học lý thuyết ô tô máy công trình, kết cấu và tính toán ô tô. Sinh viên được giao làm đồ án môn học. Với nền công nghiệp phát triển ngày càng hiện đại, các nhu cầu trong lao động và cuộc sống của con người càng được nâng cao. Vấn đề vận chuyển hàng hóa, đi lại của con người là một trong những nhu cầu rất cần thiết. Ô tô là một loại phương tiện rất phát triển và phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay để đáp ứng cho nhu cầu đó. Trong các loại ôtô, xe du lịch là phương tiện chủ yếu dùng để di chuyển co người. Là một sinh viên ngành động lực, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán và thiết kế các bộ phận, cụm máy, chi tiết trong xe du lịch là rất thiết thực và bổ ích. Trong khuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em được giao nhiệm vụ thiết kế và tính toán hộp phân phối xe du lịch. Công việc này đã giúp cho em bước đầu làm quen với công việc thiết kế mà em đã được học ở trường để ứng dụng cho thực tế, đồng thời nó còn giúp cho em cũng cố lại kiến thức sau khi đã học các môn lý thuyết trước đó. Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Th.S. Nguyễn Việt Hải và sự nổ lực của bản thân, sau một khoảng thời gian cho phép em đã hoàn thành được đồ án của mình. Vì bước đầu tính toán thiết kế còn rất bỡ ngỡ cho nên không tránh khỏi những sai sót, nhầm lẫn. Do vậy, em rất mong các thầy thông cảm và chỉ bảo thêm để em được hoàn thiện hơn trong quá trình học tập của mình. Đà Nẵng, ngày 10 tháng 05 năm 2014. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thanh Sơn - 3 - Tính toán thiết kế hộp phân phối ôtô Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỘP PHÂN PHỐI Ô TÔ. 1.1. Công dụng và yêu cầu của hộp phân phối ô tô. 1.1.1 Công dụng của hộp phân phối Đối với ô tô thường xuyên làm việc ở những nơi đường đất hoặc những nơi chưa làm đường thì ôtô được thiết kế với nhiều cầu chủ động. Trong trường hợp này, cần phải có hộp phân phối để phân phối công suất từ động cơ (sau khi đã qua hộp số) đến các cầu hoặc các bánh xe chủ động.Trong hộp phân phối (hpp) thường bố trí thêm một số truyền nhằm tăng lực kéo cho bánh xe chủ động khi cần thiết. Hình 1.1 bố trí chung của hpp trên ôtô 1.2. Yêu cầu của hộp phân phối Để đảm bảo công dụng nêu trên, ngoài các yêu cầu chung về hiệu suất, sức bền và kết cấu gọn, hộp phân phối ô tô và máy kéo còn phải thõa mãn các yêu cầu đặc trưng sau: - Hộp phân phối ô tô, máy kéo phải đảm bảo việc phân phối đủ mô men đến các cầu (hoặc bánh xe) chủ động theo tỷ lệ khối lượng ô tô phân bố lên các cầu (hoặc bánh xe chủ động). Có như vậy thì mô men xoắn truyền đến các bánh xe mới phát huy hết tác dụng, tức là không bị vượt momen bám đối với bất kì bánh xe riêng biệt nào. - 4 - Tính toán thiết kế hộp phân phối ôtô - Tốc độ tịnh tiến các bánh xe ko bị trượt quay, trượt lết trong bất kỳ điều kiện làm việc nào. Nghĩa là cho phép tốc độ góc của bánh xe được quay với tốc độ bất kỳ kể cả khi bán kính làm việc của bánh xe khác nhau do áp suất lốp không đều hoặc do tải trọng phân bố lên các bánh xe khác nhau. Yêu cầu này còn đảm bảo cho - Tốc độ tịnh tiến các bánh xe ko bị trượt quay, trượt lết trong bất kỳ điều kiện làm việc nào. Nghĩa là cho phép tốc độ góc của bánh xe được quay với tốc độ bất kỳ kể cả khi bán kính làm việc của bánh xe khác nhau do áp suất lốp không đều hoặc do tải trọng phân bố lên các bánh xe khác nhau. Yêu cầu này còn đảm bảo cho bánh xe đi vào đường vòng hoặc qua đường nhấp nhô một cách linh hoạt mà ko bị trượt (lúc này quỹ đạo chuyển động của các bánh xe khác nhau). - Điều khiển cho hộp phân phối thuận lợi và linh hoạt. Tức là phải cho phép ngắt hoặc nối truyền động đến các cầu (hoặc bánh xe) khi cần thiết. Việc điều khiển ngắt nối có thể được điều khiển tự động, bán tự động hoặc bằng tay. Điều khiển nhẹ nhàng, làm việc êm. - Không được làm giảm tính năng cơ động vốn có của xe nhiều cầu chủ động. 1.2.Phân loại hộp phân phối Với các yêu cầu nêu trên tùy theo nguyên lý và kết cấu, hiện nay hộp phân phối có thể phân loại theo một số tiêu chí cơ bản sau: 1.2.1.Theo nguyên lý truyền động Tùy theo cấp số truyền hộp phân phối người ta chia ra: 1.2.1.1.Hộp phân phối không sử dụng bộ vi sai Hộp phân phối không dùng vi sai thường chỉ dùng hạn chế trên một số xe có khối lượng phân bố lên các cầu bằng nhau. Hộp phân phối kiểu này cũng chỉ dùng để phân phối mômen lên các cầu, không dùng để phân bố mômen lên các bánh xe mặc dù khối lượng phân bố mômen lên các bánh xe trên một cầu bằng nhau. Sở dĩ như vậy là vì xe tốc độ góc của hai bánh xe trên một trục không luôn luôn bằng nhau mà thường khác nhau (khi quay vòng, khi bán kính làm việc hai bánh xe không bằng nhau do áp suất lốp khác nhau hoặc do mòn không đều…, khi đường không bằng phẳng, đường không thẳng). Cũng cần chú ý thêm rằng: mặc dầu bán kính làm việc bằng nhau, đường bằng phẳng và thẳng nhưng thời gian xe không - 5 - Tính toán thiết kế hộp phân phối ôtô chuyển động thẳng là nhiều hơn chuyển động thẳng vì phải tránh chướng ngại vật và các phương tiện chuyển động khác trên đường. INPUT I OF ON II 2p 1p I II OF ON 1p 2p INPUT Hình 1.2. Hộp phân phối không dùng vi sai giữa hai cầu xe con. Cả hai hộp phân phối trên đều kết hợp thiết kế thêm hộp số phụ để tao ra khả năng thích nghi cho xe hoạt động trên hai loại đường khác nhau. Nhược điểm của sơ đồ trên là hiệu suất truyền chung của hộp phân phối thấp, hiệu suất luôn luôn nhỏ hơn 1 vì ít nhất phải qua một cặp bánh răng kể cả khi chuyển động trên đường tốt chỉ sử dụng một cầu chủ động. Để khắc phục nhược điểm trên, người ta sử dụng hộp phân phối không vi sai cótrục dẫn động cho cầu sau đồng tâm với trục vào hộp phân phối như hình 1.3. INPUT I II I II OF ON D 1p 1p D ON OF INPUT - 6 - Tính toán thiết kế hộp phân phối ôtô Hình 1.3. Hộp phân phối không dùng vi sai (có truyền thẳng D cho trục II) Ưu điểm của hộp phân phối kiểu nối cứng không dùng vi sai là đảm bảo tính cơ động tốt, đặc biệt không bị hiện tượng sa lầy như kiểu hộp phân phối có vi sai. Tuy nhiên nhược điểm lớn là tiêu hao nhiên liệu lớn (vì hiệu suất nói chung thấp, lực cản tăng lên do các bánh xe bị trượt lê cục bộ) và gây thêm tải trọng phụ cho hệ thống truyền lực (vì bị cưỡng bức chi tiết do sự trượt lê). 1.2.1.2.Hộp phân phối kiểu vi sai Để khắc phục nhược điểm hộp phân phối không vi sai, ngày nay hầu hết các hộp phân phối trên ôtô đều dùng bộ vi sai để phân phối mômen ra các trục theo yêu cầu. Hộp phân phối kiểu vi sai không những cho phép phân phối tùy ý mômen ra các cầu mà còn bảo đảm tốt nhất tốc độ chuyển động linh hoạt của các bánh xe chủ động trong mọi địa hình. Nhờ vậy tránh được sự mòn lốp do trượt cưỡng bức gây ra, giảm tiêu hao nhiên liệu và tăng tuổi thọ cho các chi tiết so với kiểu không dùng vi sai. Trong hộp phân phối vi sai còn được chia ra làm các loại: - Hộp phân phối vi sai đối xứng + Hộp phân phối kiểu vi sai đối xứng giữa hai bánh xe. Phổ biến nhất là phân phối mômen cho hai bánh xe trong cầu chủ động (cho bất kỳ loại ôtô nào – trừ một số ôtô xe máy chuyên dùng ly hợp chuyển hướng hoặc kiểu truyền động thủy lực). INPUT I K II - 7 - Tính toán thiết kế hộp phân phối ôtô Hình 1.4. Hộp phân phối kiểu vi sai đối xứng giữa hai bánh xe. + Hộp phân phối kiểu vi sai đối xứng giữa hai cầu chủ động. Đối với ôtô có tính năng cơ động cao, hoạt động trong nhiều địa hình, có hệ số bám giữa đường và lốp thấp thì phải dùng nhiều cầu chủ động. Để bảo đảm cho các bánh xe chủ động chuyển động linh hoạt trong điều kiện này, giữa các cầu nhất thiết phải có hộp phân phối kiểu vi sai. Với xe con có kiểu bố trí bánh xe 4x4 (có bốn vị trí bố trí bánh xe và cả bốn vị trí đều chủ động – tức hai cầu đều chủ động) có phân bố khối lượng lên các cầu bằng nhau, thì thiết kế hộp phân phối kiểu vi sai đối xứng để phân phối mômen đến các cầu như nhau. INPUT I K II 1p 2p Hình 1.5. Hộp phân phối kiểu vi sai đối xứng giữa hai cầu xe con. Trong hộp phân phối trên cũng thiết kế thêm hộp số phụ có hai số truyền nhằm đảm bảo tính thích ứng về lực cản chuyển động trong các loại địa hình khác nhau. + Hộp phân phối kiểu vi sai đối xứng cho hai cầu chủ động “kép”. - 8 - Tính toán thiết kế hộp phân phối ôtô INPUT K I II Hình 1.6. Hộp phân phối kiểu vi sai đối xứng Hình 1.6 là sơ đồ động học một kiểu hộp phân phối có vi sai đối xứng dùng để phân phối mômen cho hai cầu chủ động “kép” (hai cầu sau hoặc hai cầu trước chủ động) trên các xe tải có kiểu bố trí bánh xe 6x4 (hoặc 6x6 hoặc 8x8). - Hộp phân phối vi sai không đối xứng Hộp phân phối kiểu vi sai không đối xứng được áp dụng để phân phối mômen cho các cầu có khối lượng phân bố trên đó không bằng nhau. II I K INPUT II I K INPUT 1p 2p Hình 1.7. Hộp phân phối kiểu vi sai không đối xứng giữa các cầu. Hình 1.7 là sơ đồ động học kiểu hộp phân phối có vi sai không đối xứng áp dụng phổ biến trên xe có kiểu bố trí bánh xe 6x6. Trong đó hình 1.7a thiết kế thêm - 9 - Tính toán thiết kế hộp phân phối ôtô hai số truyền phụ nhằm thay đổi lực kéo tương ứng với lực cản chuyển động ở các loại địa hình khác nhau. Tuy nhiên, đối với xe đã có hộp số phụ riêng thì trong hộp phân phối không cần bố trí thêm hộp số phụ (hình 1.7b). 1.2.2.Theo cấp số truyền Dựa vào cấp số truyền hộp phân phối người ta chia ra làm hai loại như sau: - Hộp phân phối một cấp số truyền. INPUT I II INPUT INPUT I II I II a) b c) Hình 1.8. Các dạng sơ đồ cấu tạo hộp phân phối một cấp a. Dạng một cấp có khớp gài, b. Dạng một cấp vi sai côn c. Dạng một cấp có vi sai trụ. - Hộp phân phối hai cấp số truyền. Trong hộp phân phối 2 cấp số truyền, thường bố trí một cấp số truyền thẳng có tỉ số truyền i= 1 và một cấp số truyền có tỉ số i > 1. Sơ đồ cấu tạo của hộp phân phối loại này được thể hiện như hình sau. - 10 - [...]... dụng ở ô tô tải, lực điều khiển gài cần được thực hiện bằng một cặp piston xi lanh khí nén - Dạng điều khiển tự động: Loại này thường được sử dụng ở các ô tô du lịch hiện đại 1.2.5.Theo công dụng của hộp phân phối Có thể chia ra: Hộp phân phối mômen giữa các cầu, hộp phân phối mômen ra các bánh xe Hộp phân phối mômen ra các bánh xe thường là loại vi sai đối xứng Hộp phân phối mômen ra các cầu có thể... Sơ đồ động học hộp phân phối Trên hình là sơ đồ động học hộp phân phối có vi sai đối xứng dùng để phân phối mômen cho hai cầu chủ động trên xe du lịch (có khối lượng phân bố lên hai cầu giống nhau) Cơ cấu khóa K có nhiệm vụ khóa cứng vi sai mỗi khi các bánh xe bị sa lầy 1p 2p INPUT K II I Hình 3.1 Hộp phân phối kiểu vi sai đối xứng Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỘP PHÂN PHỐI VÀ... các nhược điểm trên Với loại hộp phân phối kiểu vi sai không đối xứng thì chỉ được áp dụng để phân phối mômen cho các cầu có khối lượng trên đó không bằng nhau Hơn nữa xe - 14 - Tính toán thiết kế hộp phân phối tô thiết kế là xe du lịch, có tính năng cơ động cao và để đảm bảo cho các bánh xe chủ động linh hoạt trong mọi điều kiện thì giữa các cầu nhất thiết phải có hộp phân phối kiểu vi sai và là kiểu... xứng hoạc không đối xứng - 11 - Tính toán thiết kế hộp phân phối tô 1.2.6.Theo tính chất biến đổi mômen các trục Có thể phân ra hai loại: Hộp phân phối có mômen ma sát trong thấp và hộp phân phối có mômen ma sát trong cao Thông thường thiết kế hộp phân phối có mômen ma sát trong thấp nhằm mục đích đạt yêu cầu chung về hiệu suất truyền động cao Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt (xe quân sự... dụng để phân phối mômen cho các cầu có khối lượng phân bố trên đó bằng nhau Xe được thiết kế là xe có khối lượng phân bố lên các cầu bằng nhau, có thể sử dụng hộp phân phối không dùng vi sai để phân phối mômen ra các cầu Song hộp phân phối loại này có một số nhược điểm như hiệu suất truyền chung thấp, tiêu hao nhiên liệu lớn Nên ta chọn hộp phân phối dùng bộ vi sai để khắc phục các nhược điểm trên Với... phân phối không dùng vi sai thường chỉ dùng hạn chế trên một số xe có khối lượng phân bố lên các cầu bằng nhau Hộp phân phối kiểu này cũng chỉ dùng để phân phối mômen lên các cầu, không dùng để phân bố mômen lên các bánh xe mặc dù khối lượng phân bố mômen lên các bánh xe trên một cầu bằng nhau Ưu điểm của hộp phân phối kiểu nối cứng không dùng vi sai là đảm bảo tính cơ động tốt, đặc biệt không bị hiện... thiết kế hộp phân phối tô INPUT INPUT I II I I INPUT II II a b c Hình 1.9 Các dạng sơ đồ cấu tạo hộp phân phối hai cấp 1.2.3.Theo tỷ lệ phân chia mômen ra các cầu Tùy theo tính chất sử dụng cho mỗi loại ô tô mà tỷ lệ phân chia mômen có thể thay đổi như sau: - Tỷ lệ phân chia bằng 1: Loại này thường sử dụng cho ô tô du lịch với cơ cấu bánh răng có kích thước hình học như nhau, hay vi sai bánh răng côn đối... bánh xe) , hiệu suất truyền lực η1,2 (η1 = η2), hệ số bám giữa lốp với mặt đường φ (φ1 = φ2) Tỷ số momen yêu cầu truyền đến cầu trước / cầu sau được xác dịnh theo [2]: M 1 m1 = M 2 m2 M 1 1200 = =1 M 2 1200 2.2 Chọn loại/kiểu sơ đồ động học hộp phân phối Thay số vào ta có: - 13 - Tính toán thiết kế hộp phân phối tô 2.2.1 Chọn loại hộp phân phối * Phương án 1: hộp phân phối không dùng vi sai Hộp phân phối. .. kế hộp phân phối có mômen ma sát trong cao nhằm đảm bảo khả năng tự vượt lầy cần thiết cho xe - 12 - Tính toán thiết kế hộp phân phối tô Chương 2 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 2.1 Tính toán xác định các thông số ban đầu Để truyền lực kéo đến các bánh xe không vượt quá lực bám thì mômen phân phối ra các cầu tỷ lệ với khối lượng phân bố lên các cầu đó Momen lớn nhất có thể truyền đến các cầu. .. chuyển động linh hoạt của các bánh xe chủ động trong mọi địa hình Nhờ vậy tránh được sự mòn lốp do trượt cưỡng bức gây ra, giảm tiêu hao nhiên liệu và tăng tuổi thọ cho các chi tiết so với kiểu không dùng vi sai Hộp phân phối kiểu vi sai không đối xứng được áp dụng để phân phối mômen cho các cầu có khối lượng phân bố trên đó không bằng nhau * Phương án 3: hộp phân phối kiểu vi sai đối xứng Hộp phân phối