công dụng yêu cầu phân loại hộp số, hộp số 3 trục, hộp số 2 trục, hộp số phụ bố trí trước, hộp số phụ bố trí sau, tính số cấp, tỷ số truyền từng tay số, tính khoảng cách trục sơ cấp thứ cấp trung gian tính số răng của các bánh răng, tính toán và thiết kế bộ đồng tốc
Thiết kế hộp số ôtô LỜI NÓI ĐẦU Ô tô là phượng tiện sản xuất và kinh doanh trong sinh hoạt, không thể thiếu được trong đời sống hiện nay. Cùng với sự tiến bộ chung của khoa học ngành ôtô cũng có những bước phát triển mới với những thành quả quan trọng. Những biến đổi mà đòi hỏi phải có những nhận thức mới, sâu rộng. Những vấn đề đó có liên quan đến công nghệ ô tô. Tuy vậy muốn tiếp thu những kiến thức mới này thì phải nắm vững những kiến thức cơ bản nhất. Những kiến thức này sẽ làm nền tản cho bước phát triển tiếp theo. Vì vậy đồ án thiết kế ôtô là một bước cũng cố và phát triển những hiểu biết cơ bản có từ những môn học có liên quan. Để hoàn thành đồ án này em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy TS. Nguyễn Hoàng Việt, các thầy trong bộ môn và các bạn trong lớp. Mặc dù đã thiết kế và làm hết sức nhưng do thời gian, trình độ, kinh nghiệm còn hạn chế về nhiều mặt nên quá trình làm đồ án em không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự thông cảm, quan tâm giúp đỡ của các thầy trong bộ môn. Đà Nẵng, ngày 4 tháng 6 năm 2015 Sinh viên thực hiện Võ Tấn Long -1- 1 Thiết kế hộp số ôtô Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ ÔTÔ 1.1. Công dụng, yêu cầu của hộp số 1.1.1. Công dụngcủa hộp số - Hộp số dùng để thay đổi số vòng quay và mômen của động cơ đến các bánh xe chủ động (cả về độ lớn và hướng), cho phù hợp với điều kiện làm việc luôn luôn thay đổi của ô tô, mà tự bản than động cơ không thể đáp ứng được do: +Hệ số thích ứng momen thấp (K m =1,05-1,25). +Số vòng quay ổn định tối thiểu tương đối cao. +Chiều quay không tự thay đổi được. -Ngoài ra, hộp số còn dùng để: +Tách lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi cần thiết như khi khởi động động cơ, khi dừng x echo động cơ chạy không tải, khi cho xe chạy theo quán tính, +Dẫn động các bộ phận công tác khác trên các xe chuyên dùng như: Tời kéo, cần cẩu, xe tự đổ, 1.1.2. Yêu cầu của hộp số Để đảm bảo các công dụng nêu trên, thì hộp số phải đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu đặc trưng sau: - Hộp số phải có đủ tỷ số truyền cần thiết nhằm đảm bảo tốt tính chất động lực và tính kinh tế nhiên liệu khi làm việc. -Khi gài số không sinh ra các lực va đập lên các răng nói riêng và hệ thống truyền lực nói chung. Muốn vậy, hộp số ô tô phải có các bộ đồng tốc để gài số hoặc ống dễ gài số. - Hộp số phải có vị trí trung gian để có thể ngắt truyền động của động cơ khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian lâu dài. Phải có cơ cấu chống gài 2 số cùng lúc để đảm bảo an toàn cho hộp số không bị gãy, vỡ răng. - Hộp số phải có số lùi để cho phép xe chuyển động lùi để, đồng thời phải có cơ cấu chống tự động gài số lùi một cách ngẫu nhiên. -2- 2 Thiết kế hộp số ôtô - Điều khiển nhẹ nhàng, làm việc êm dịu và hiệu suất cao. - Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, bền vững, giá thành rẻ. 1.2. Phân loại hộp số -Theo phương pháp điều khiển chia ra các loại: điều khiern bằng tay, điều khiển tự động và bán tự động. -Theo số cấp (chỉ tính số tiến). Phân ra các loại: 3,4,5 và nhiều cấp. -Theo sơ đồ động, phân ra: Hộp số với các trục cố định (2,3 hay nhiều trục) và hộp số hành tinh (1 dãy, 2 dãy,…). -Theo số lượng phần tử điều khiển cần thiết để gài một số truyền phân ra: một, hai hay ba phần tử điều khiển. Số lượng phần tử điều khiển lớn hơn một thường dùng trong hộp số nhiều cấp. -Theo số lượng dòng lực, phân ra: một, hai hay ba dòng. Tăng số lượng dòng lực làm phức tạp kết cấu. Tuy vậy, cho phép giảm tải trọng tác dụng lên các bánh răng, trục và ổ trục cũng như kích thước của chúng. 1.3. Một số sơ đồ hộp số thông dụng Hộp số ba trục cố định có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm được sử dụng phố biến nhất. Hộp số hai trục cố định thường chỉ sử dụng trên các ô tô du lịch, thể thao hoặc máy kéo. Số cấp các hộp số đơn thường không vượt quá sáu. 1.3.1. Hộp số hai trục -Ưu điểm: +Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu và có hiệu suất cao ở các tay số trung gian. +Dễ bố trí và đơn giản được kết cấu hệ thống truyền lực khi xe đặt động cơ gần cầu chủ động. -Nhược điểm: +Không có số truyền thẳng, vì thế các bánh răng, ổ trục không được giảm tải ở số truyền cao, làm tăng mài mòn và tiếng ồn. +Giá trị tỷ số truyền tay số thấp nhất bị hạn chế (i h1 <4-4,5), (Muốn khắc phục phải giảm tỷ số truyền của tay số cao nhất và tăng i o ). Với đặc điểm đó nó -3- 3 Thiết kế hộp số ôtô thường được sử dụng trên các ô tô du lịch và thể thao có động cơ bố trí cạnh cầu chủ động hoặc trên máy kéo có hộp số bố trí chung trong cùng một vỏ với truyền lực chính. -Sơ đồ động: +Trục thứ cấp hộp số thường được chế tạo liền với bánh răng côn hay hypoit của truyền lực chính (khi động cơ đặt dọc) hoặc bánh răng trụ (khi động cơ đặt ngang) tạo điều kiện đơn giản kết cấu và dễ bố trí. + Đồng tốc của số 1,2 thường đặt trên trục bị động vì khó đặt trên trục chủ động để giảm momen quán tính quy dẫn. +Một số trường hợp, đồng tốc được đặt trên cả trục chủ động lẫn bị động để rút ngắn chiều dài hộp số. Hình 1.1: Sơ đồ hộp số 2 trục 1.3.2. Hộp số ba trục -Ưu điểm: +Hộp số đồng trục cho phép tạo ra số truyền thẳng bằng cách nối trực tiếp các trục sơ cấp và thứ cấp( không qua cặp bánh răng nào) nên hiệu suất cao. Khi làm việc ở số truyền thẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian hầu như được giảm tải hoàn toàn nên giảm được mài mòn, tiếng ồn và mất mát công suất. -4- 4 Thiết kế hộp số ôtô +Ở các số truyền khác, momen truyền qua hai cặp bánh răng, do đó có thể tạo ra được tỷ số truyền lớn tới (7-9) với kích thước khá nhỏ gọn. Nhờ đó giảm được trọng lượng toàn bộ của ô tô. -Nhược điểm: +Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian. +Ổ bi gối đỡ trước trục thứ cấp, do bố trí trong lỗ ở phần bánh răng công xôn của trục sơ trục sơ cấp, nên làm việc căng thẳng vì kích thước bị hạn chế bởi điều kiện kết cấu. -Sơ đồ động: +Sơ đồ động của các hộp số ba trục có số cấp như nhau, khác nhau chủ yếu ở số lượng các cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp và cách bố trí số lùi. +Ở hầu hết các tay số đều sử dụng cặp bánh răng nghiêng thường xuyên ăn khớp. +Để đảm bảo độ cứng vững giữa hai gối đỡ trên trục không bố trí quá 6 cặp bánh răng. + Bánh răng các tay số thấp (như số 1 và số lùi) chịu lực lớn, thời gian làm việc ít hơn, bố trí sát gối đỡ sau. Bánh răng các tay số cao thời gian làm việc nhiều, bố trí ở khoảng giữa trục, là vùng có góc xoay nhỏ nhất, nhờ đó điều kiện ăn khớp của bánh răng tốt hơn nên giảm được tiếng ồn và mài mòn. +Để tăng độ cứng vững cũng có thể tăng số lượng các gối đỡ và dùng hộp số nhiều ngăn. -5- 5 Thiết kế hộp số ôtô Hình 1.2: Sơ đồ hộp số 3 trục 4 cấp 1-Trục sơ cấp; 2-Trục trung gian; 3-Trục thứ cấp; 4-Trục trung gian số lùi 1.4. Hộp số nhiều cấp Hộp số nhiều cấp thực chất là hộp số ghép, được kết hợp từ hai hoặc nhiều hộp số đơn ít cấp. Hộp số nhiều cấp được tạo thành bắng cách ghép thêm vào phía trước hoặc phía sau hộp số cơ sở (hộp số chính-loại ba trục) một hộp giảm tốc gọi là hộp số phụ. Hộp số phụ thường có một số truyền thẳng và một số truyền giảm hoặc tăng. 1.4.1. Hộp số phụ dặt trước Hộp số phụ đặt phía trước là hợp lý về kết cấu trong trường hợp nó chỉ có một cặp bánh răng để tạo số thấp, còn số cao là số truyền thẳng-nối trực tiếp vào của hộp số phụ với trục sơ cấp của hộp số chính. Tỷ số truyền số thấp của hộp số phụ này không lớn, có tác dụng chủ yếu là chia nhỏ dãy tỷ số truyền của hộp số chính, nên còn được gọi là hộp số chia. Hộp số chia có ưu điểm là: kết cấu đơn giản, đảm bảo tính thống nhất hóa cao cho hộp số chính (có thể dùng như một hộp số độc lập), hiệu suất tương tự như hộp số chính khi gài số thấp ở -6- 6 Thiết kế hộp số ôtô hộp số phụ. Nhược điểm của hộp số chia là yêu cầu khoảng cách trục ra của hộp số chính lớn. III I II 4 3 2 1 L 5 2 p 1 p Z ap Z ac Hình 1.3: Hộp số ba trục với hộp số phụ đặt phía trước Ip-Trục sơ cấp hộp số phụ; I-Trục sơ cấp hộp số chính; III-Trục thứ cấp hộp số chính; II-Trục trung gian; 1p,2p-Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 của số phụ Zap-cặp bánh răng dẫn động trung gian từ hộp số phụ. Zac- cặp bánh răng dẫn động trung gian từ hộp số chính. 1.4.2. Hộp số phụ đặt sau Hộp số phụ đặt phía sau thường là loại có trục cố định với hai cặp bánh răng hay hành tinh. Có một số truyền thẳng và một số truyền giảm với tỷ số truyền khá lớn (khoảng số truyền lớn hơn của hộp số chính) nên được gọi là hộp giảm tốc. Hộp số này có ưu điểm là giảm được khoảng cách trục và tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hộp số chính. Nhược điểm của nó là giảm tính thống nhất hóa của hộp số chính (không thể sử dụng độc lập do khoảng tỷ số truyền nhỏ), hiệu suất giảm khi gài số truyền thấp. -7- 7 Thiết kế hộp số ôtô I II III III p Z a Z a 4 3 2 L 1 Hình 1.4: Hộp số ba trục với hộp số phụ đặt phía sau I-Trục sơ cấp hộp số chính; II-Trục trung gian hộp số chính; III-Trục thứ cấp hộp số chính (cũng chính là trục sơ cấp của hộp số phụ); IIIp-Trục thứ cấp hộp số phụ. -8- 8 Thiết kế hộp số ôtô Chương 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ 2.1. Xác định tỷ số truyền và số cấp của hộp số -Tỷ số truyền và số cấp hộp số phải đảm bảo cho xe có chất lượng động lực học và tính kinh tế nhiên liệu tốt nhất (trong điều kiện sử dụng cho trước). -Điều khiển hộp số dễ dàng thuận tiện. 2.1.1. Tỷ số truyền của số thấp nhất Tỷ số truyền của tay số 1 được tính theo [3] gồm ba điều kiện như sau: -Khả năng thắng sức cản lớn nhất trong điều kiện sử dụng cho trước: max bx h1 e max 0 t .G.r i M .i . ψ ≥ η (2.1) -Khả năng tạo lực kéo lớn nhất theo điều kiện bám: bx h1 e max 0 t .G .r i M .i . ϕ ϕ ≤ η (2.2) -Khả năng chuyển động với tốc độ ổn định tối thiểu để có thể cơ động trong điều kiện địa hình chập hẹp: e min bx h1 a min 0 .r i v .i ω ≤ (2.3) Trong đó: + max ψ = 0,24: Hệ số cản lớn nhất của đường. +G = 10500.9,81= 103005 [N] : Trọng lượng toàn bộ xe. + bx r = 0,45 [m] : Bán kính làm việc bánh xe. + e max M = 440 [Nm]: Mômen cực đại của động cơ + t η : Hiệu suất hệ thống truyền lực. t η = 0,82 ÷ 0,85. Chọn t η =0,85 -9- 9 Thiết kế hộp số ôtô +φ: Hệ số bám giữ lốp với mặt đường. φ =(0,6÷0,8). Chọn φ =0,8 +G φ : Trọng lượng bám của xe [N]. G φ =m cd .G cd [N] Với G cd : Trọng lượng phân bố cầu chủ động. G cd =(0,5÷0,75)G a Đối với ô tô khách cầu sau chủ động, có thể lấy: G cd =0,7.G a =0,7.103005=72103,5[N] +m cd : Hệ số phân bố tải trọng lên cầu chủ động. m cd =(1,2÷1,35). Chọn m cd = 1,25 Từ đó suy ra: G φ =m cd .G cd =72103,5.1,25 = 90129[N] +ω emin : Tốc độ góc ổn định nhỏ nhất của động cơ khi đầy tải [rad/s]. Với xe khách sử dụng động cơ diesel: ω emin = 600÷800[vg/ph]. Chọn ω emin = 850[vg/ph] = 89,01[m/s]. +v amin : Tốc độ chuyển động ổn định nhỏ nhất [km/h] mà xe có thể thực hiện được dễ dàng cơ động khi địa hình chật hẹp. v amin = 4÷5[km/h]. Chọn v amin =4[km/h] = 1,11[m/s] +Giá trị tỷ số truyền của truyền lực chính i 0 được xác định theo [1], tốc độ chuyển động lớn nhất của xe v amax = [m/s], tốc độ góc lớn nhất của động cơ ω emax [rad/s] như sau: i 0 = e max bx hn amax .r i .v ω (2.4) Với: +i hn = 1: Tỷ số truyền cao nhất của hộp số. + max ω [rad/s] : Tốc độ góc lớn nhất của động cơ, được xác định theo loại động cơ và chủng loại xe thiết kế. Với động cơ diesel, xe khách e max ω = N ω -10- 10 [...]... trọng tác dụng lên các đồng tốc -Phương án 2: Không cần bố trí bánh răng số lùi trên trục thứ cấp Có hai phương án không cần có bánh răng số lùi đặt riêng trên trục thứ cấp Bố trí bánh răng số lùi không luôn luôn ăn khớp, để gài số ta dịch chuyển bánh răng trên trục số lùi Loại này thường bố trí ở hộp số 4 cấp Cả bánh răng số lùi 15 -15- Thiết kế hộp số tô và số một không luôn luôn ăn khớp, để gài số... phương án bố trí số lùi là cả bánh răng số một và số lùi đều không luôn luôn ăn khớp Vì có đặc điểm gài số lùi rất dễ dàng, chỉ cần dịch chuyển bánh răng số 1 Hình 2.2: Sơ đồ bố trí số lùi trên tô thiết kế Z’1 - bánh răng bị động số 1 Z1 - bánh răng chủ động số 1 ZL1 - bánh răng dẫn động trục số lùi Z’L1 - bánh răng bị động của trục số lùi ZL2 - bánh răng chủ động số lùi 2.2.2 Sơ đồ động hộp số Bánh... riêng trên bề mặt ma sát +Xác định các thông số của bộ phận khóa, để đảm bảo yêu cầu chống gài số khi chưa đồng tốc 34 -34- Thiết kế hộp số tô +Khi xác định các thông số kết cấu, phải lưu ý điều kiện đảm bảo không kẹt dính các bề mặt hãm trong bất cứ điều kiện sử dụng nào 2.8.2 Sơ đồ tính toán dồng tốc Hình 2.7: Sơ đồ tính toán đồng tốc -Trong sơ đồ này, hệ thống đồng tốc về nguyên tắc được chia thành... nhiều kiểu đồng tốc khác nhau khi thiết kế đồng tốc cho hộp số Tuy vậy theo nhiệm vụ thiết kế hộp số cho xe khách, ở phần trước ta đã chọn hộp số ba trục có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm do đó ở đây ta chọn đồng tốc “bộ phận nối kiểu liền” phổ biến dùng cho hộp số xe khách cỡ trung bình nhờ kết cấu vững chắc và làm việc tin cậy 32 -32- Thiết kế hộp số tô Tùy theo kết cấu cụ thể mà bộ đồng tốc loại... -27- Thiết kế hộp số tô Trong đó: +mk: Mô-đuyn pháp tuyến của bánh răng thứ k +Zk : Số răng của bánh răng thứ k +βk: Góc nghiêng của bánh răng thứ k Thay số vào (2.18) ta tính được bán kính vòng chia bánh răng chủ động R, bánh răng bị động R’ Khoảng cách trục ăn khớp A, đường kính trục lắp bánh răng chủ động d1, đường kính lắp bánh răng bị động d2 và cho trên bảng Bảng 2.2 - Bảng kết quả tính bán kính... đồ động học của hộp số xe cần thiết kế 1- Trục sơ cấp; 4- Trục thứ cấp; 2- Bộ đồng tốc; 5- Trục trung gian; 3- Bánh răng di trược; 6- Trục số lùi; 17 -17- Thiết kế hộp số tô 2.3 Khoảng cách trục A Khoảng cách trục là một trong những thông số quan trọng quyết định kích thước cacte hộp số nói chung và các chi tiết bên trong của hộp số (bánh răng, đồng tốc, ổ bi) Khoảng cách trục A [mm] của hộp số tô. .. tô Tùy theo kết cấu cụ thể mà bộ đồng tốc loại I của hộp số ô tô có nhiều kiểu khác nhau nhưng chúng đều có một cấu tạo chung sau: Hình 2.6 Sơ đồ đồng tốc chọn tính toán 1- Bộ phận nối; 4- Bánh răng gài số; 2- Chốt hãm; 5- Chốt định vị; 33 -33- Thiết kế hộp số tô 3- Vành ma sát; 6- Bi định vị; α: góc nghiêng của vành côn ma sát trên bánh răng β: góc bề mặt phản lực; Q: lực gài số + Bộ phận nối (1):... định, có trục sơ cấp và trục thức cấp đồng tâm có 5 cấp như đã tính toán ở trên 14 -14- Thiết kế hộp số tô Sơ đồ động học của các hộp ba trục có trục thứ cấp như nhau, khác nhau chủ yếu ở số lượng các cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp và cách bố trí số lùi Ở hầu hết các tay số đều sử dụng cặp bánh răng nghiêng thường xuyên ăn khớp Để gài số, có thể dùng ống gài hoặc bộ đồng tốc Ưu điểm nổi bật của hộp số... [mm] Đối với tô, các thông số này thường được xác định theo [1] kích thước khoảng cách trục A như sau: - Chiều rộng bánh răng: b ≈ (0,19 ÷ 0,23).A Chọn: b ≈ 0,23.128 = 29 [mm] - Chiều rộng ổ đỡ: B ≈ (0,20 ÷ 0,25).A Chọn: B ≈ 0,2.128 = 25,6 [mm] - Chiều rộng của các ống gài và đồng tốc: phụ thuộc vào kết cấu của chúng Đối với đồng tốc gài hai phía, thường chiều rộng: 19 -19- Thiết kế hộp số tô H ≈ (0,4... Trong đó: +bk [mm]: Bề rộng của bánh răng thứ k; bk = 29 [mm] +Rk [mm]: Bán kính vòng chia của bánh răng thứ k +rk [mm]: Bán kính trục lắp bánh răng thứ k +ρ [Kg/m3]: Khối lượng riêng của vật liệu làm bánh răng Với vật liệu thép hoặc gang, có thể lấy: ρ = 7800 [Kg/m3] = 7800.10-9 [Kg/mm3] Lấy các số liệu thay vào công thức (2.19) tính Jk ta được: 28 -28- Thiết kế hộp số tô 4 30 4 π.7800.10 29