đồ án môn học kết cấu và tính toán ô tô

- Có vị trí trung gian số 0 để có thể tách lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền lực.Phải có cơ cấu chống gài hai số cùng một lúc và cơ cấu chống sự trả số ngẫu nhiên đểđảm bảo an toàn ch

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô máy kéo là phượng tiện sản xuất, kinh doanh và sinh hoạt, không thể thiếuđược trong đời sống hiện nay Cùng với sự tiến bộ chung của khoa học Ngành ô tôcũng có những bước phát triển mới với những thành quả kinh ngạc Những biến đổi

mà đòi hỏi phải có những nhận thức sâu, rộng về các vấn đề đó có liên quan đến côngnghệ ô tô mới có thể nhận thấy tầm quan trọng của nó

Tuy vậy muốn tiếp thu những kiến thức mới này thì phải nắm vững những kiếnthức cơ bản nhất Những kiến thức này sẽ làm nền tản cho bước phát triễn tiếp theo

Vì vậy đồ án kết cấu và tính toán ô tô là một bước cũng cố và phát triển nhữnghiểu biết cơ bản có từ những môn học có liên quan

Lần đầu tiên làm quen với việc tính toán thiết kế nên có rất nhiều khó khăn vàphức tạp Với những nhận thức còn hạn chế về nhiều mặt nên quá trình làm đồ án emcòn vướng phải những thiếu sót, rất mong sự quan tâm giúp đỡ của các thầy trong bộmôn

Cùng với đó để hoàn thành đồ án này em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫntận tình thầy giáo hướng dẫn NGUYỄN VIỆT HẢI cùng các thầy cô giáo trong khoa

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Tuân

BẢNG SỐ LIỆU THIẾT KẾ XE BUS_DIEZEL

1 Tổng quan về hộp số ôtô

1.1 Công dụng

Hộp số dùng để thay đổi số vòng quay và mômen của động cơ truyền đến cácbánh xe chủ động (cả về hướng và trị số), cho phù hợp với điều kiện làm việc luônluôn thay đổi của ôtô máy kéo

- Chuyển động lùi khi cần thiết

1.2 Phân tích yêu cầu

- Hộp số ôtô phải có tỷ số truyền và lượng tay số thích hợp, đảm bảo được chấtlượng động lực và tính kinh tế nhiên liệu cần thiết cho ôtô máy kéo

- Làm việc êm dịu, chuyển số nhẹ nhàn thuận tiện không va đập lên các bánh răngnói riêng và hệ thống truyền lực nói chung

- Có vị trí trung gian (số 0) để có thể tách lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền lực.Phải có cơ cấu chống gài hai số cùng một lúc và cơ cấu chống sự trả số ngẫu nhiên đểđảm bảo an toàn cho hộp số không bị gãy vỡ răng

- Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy bền vững

- Hiệu suất cao, kích thước khối lượng nhỏ, giá thành rẽ

- Hộp số phải có bộ đồng tốc hay ống dễ gài để đảm bảo các răng không bị va đậpgãy vỡ khi vào số

1.3 Phân loại

1.3.1 Dựa vào số trục chứa các cặp bánh răng truyền số có thể chia hộp số ra làm 2 loại

-Loại hộp số 2 trục và loại hộp số 3 trục

+ Đối với hộp số hai trục cố định:

Hộp số này có một số đặc điểm như sau:

Hộp số ô tô hai trục cố định: trục sơ cấp gắn bánh răng chủ động

- 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 chủđộng.

- Nhược điểm:

- Kích thước theo chiều ngang lớn hơn hộp số ba trục đồng tâm ,khi có cùng giá trị

tỉ số truyền

- Kích thước hộp số lớn kéo theo trọng lượng lớn khi tỉ số truyền lớn

- Do không có số truyền thẳng, vì thế các bánh răng ổ trục không được giảm tải ở

số truyền cao, làm tăng mài mòn các chi tiết, đồng thời gây tiếng ồn

- Giá trị tỷ số truyền tay số thấp bị hạn chế, muốn khắc phục phải giảm tỷ số truyềncủa tay số cao nhất và tăng tỷ số truyền lực chính io Với đặc điểm trên cho nên hộp

số hai trục thường được sử dụng trên các ô tô du lịch và thể thao có động cơ bố trícạnh cầu chủ động hoặc trên máy kéo có hộp số bố trí chung trong cùng một vỏ vớitruyền lực chính

Sau đây là sơ đồ động hộp số hai trục cố định :

II I

4 3 L

1

Hình 1.1: Sơ đồ động hộp số hai trục.

1: Vị trí gài cấp số tiến số 1, 2 : Vị trí gài cấp số tiến số 2,

3 :Vị trí gài cấp số tiến số 3, 4 : Vị trí gài cấp số tiến số 4;

L :Vị trí gài cấp số lùi; I : Trục sơ cấp ; II :Trục thứ cấp ;

+ Hộp số ô tô ba trục cố định :

Trên hầu hết các loại ôtô hiện nay đều dùng hộp số ba trục cố định có trục sơ cấp vàthứ cấp đồng tâm Hộp số này có một số đặc điểm sau:

- Ưu điểm :

- Có khả năng tạo số truyền thẳng bằng cách nối tiếp các trục sơ cấp và thứ cấp Khilàm việc ở số truyền thẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian hầu như đượcgiảm tải hoàn toàn nên giảm được mài mòn, tiếng ồn và mất mát công suất

- Có thể tạo được tỷ số truyền lớn với kích thước khá nhỏ gọn Nhờ đó giảm đượctrọng lượng toàn bộ của ô tô.Tuy nhiên hộp số này cũng có một số nhược điểm sau:

- 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 côn của trục sơcấp, nên làm việc căng thẳng vì kích thước bị hạn chế bởi điều kiện kết cấu

Sau đây ta giới thiệu sơ đồ động hộp số 3 trục cố định như sau :

Hình 1.2 Sơ đồ hộp số ba trục

1: Vị trí gài cấp số tiến số 1,2 : Vị trí gài cấp số tiến số 2, 3 : Vị trí gài cấp số tiến số 3, 4 :

Vị trí gài cấp số tiến số 4, 5 : Vị trí gài cấp số tiến số 5, L :Vị trí gài cấp số lùi, I : Trục sơ cấp , II : Trục trung gian , III : Trục sơ cấp

1.3.2 Dựa vào số cấp hộp số có thể chia ra làm hai loại

Hộp số thường và hộp số nhiều cấp

+Hộp số thường

Đây là lọai hộp có số cấp từ 3 tới 6 cấp Số cấp ảnh hưởng đến tính năng độnglực cũng như tính kinh tế nhiên liệu của ôtô Số cấp tăng lên thì tính năng động lực

cũng như tính kinh tế nhiên liệu đều tăng Công suất để lấy đà và tăng tốc cũngnhanh hơn

- Ưu điểm:

Số cấp của hộp số càng ít thì sẽ giảm số lần già số, đơn giản cơ cấu điều khiển, rútngắn thời gian lấy đà Vì thế phù hợp với ôtô du lịch, còn có phần thời gian làm việc

là số truyền thẳng

Giảm số lượng đông tốc, giảm được khối lượng của hộp số góp phần giảm tự

trong của ô tô

Hình 1.3 Sơ đồ hộp số nhiều cấp1: Vị trí gài cấp số tiến số 1, 2 : Vị trí gài cấp số tiến số 2, 3 : Vị trí gài cấp số tiến số 3, 4 :

Vị trí gài cấp số tiến số 4, 5 : Vị trí gài cấp số tiến số 5, L :Vị trí gài cấp số lùi ;1P : Vị trígài cấp số 1 của hộp số phụ 2P : Vị trí gài cấp số 2 của hộp số phụ I : Trục sơ cấp; II :

Trục trung gian ; III : Trục sơ cấp ;IIIP : Trục thứ cấp của hộp số phụ ;

+ Hộp số phụ đặt phía trước:

Nó chỉ có một cặp bánh răng để tạo số thấp, còn số cao là số truyền thẳng, nốitrực tiếp trục vào của hộp số phụ với trục sơ cấp của hộp số chính Tỷ số truyền thấpcủa họp số phụ này không lớn, có tác dụng chủ yếu là chia nhỏ dãy tỷ số truyền củahộp số chính nên còn gọi là hộp số chia

Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, đảm bảo tính thống nhất hoá cao cho hộp số chính

- Hiệu suất tương tự như hộp số chính khi gài số thấp ở hộp số phụ

Nhược điểm:

- Yêu cầu khoản cách trục hộp số lớn hơn, do mômen trên trục ra của hộp sốchính lớn

Hình 1.4 Sơ đồ hộp số phụ đặt phía sau

Hộp số phụ đặc phía sau hộp số chính: thường là loại có trục cố định với hai cặpbánh răng hay hành tinh Có một số truyền thẳng và một số truyền giảm với tỷ sốtruyền khá lớn (khoảng số truyền lớn hơn của hộp số chính) nên gọi là hộp giảm tốc

Ưu điểm:

- Giảm khoảng cách trục và tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hộp số chính.Nhược điểm:

- Giảm tính thống nhất hoá của hộp số chính

- Hiệu suất giảm khi gài số truyền thấp

Hình 1.5 Sơ đồ hộp số phụ đặt phía trước

bx

i Me

r G





.

.

0 max

Trong đó : Theo đề bài cho trước

 max= 0,25 : hệ số cản lớn nhất của đường

bx e

i v

max

e

 : tốc độ lớn nhất của động cơ [rad/s]

Mà giá trị emax đối với xe buýt có giá trị emax=(1,0-1,25) n

Chọn emax= n xe buýt đảm bảo điều kiện gia tốc tốt => max

2.3,14.2800

293,066[ / ]60

N : Tốc độ góc ứng với công suất cực đại

Vmax120(km/s)= 120.1000 33,33

3600  (m/s):tốc độ thiết kế lớn nhấtcủa ôtô

i hn:tỉ số truyền cao nhất của hộp số chọn i hn =1

r G







.

0 max

Trong đó : Theo đề cho

bx e

i i V

r

0 min min



Trong đó : V amin :tốc độ chuyển động ổn định nhỏ nhất

V amin  5 7 (km/h) chon V nmin=7(km/h)= 7.1000

3600 =1,944(m/s)

n emin : vòng quay ổn định tối thiểu của động cơ

Đối với động cơ diesel emin=600850 (v/ph)

chọn emin=600(v/ph)= 2.3,1416.600

60 =62,8 (rad/s)

Vậy: ih1  1,944.3,077.162,8.0,35 =3,674

Theo 3 điều kiện trên : 3,674i h17,393

Ở đây ta tính toán tỉ số truyền thấp theo hệ số bám lớn nhất nên ta chọn :

Đối với xe buýt thường làm việc với các tay số truyền trung gian và số thấp nên sốtruyền trung gian được xác lập theo cấp số nhân với công bội q như sau:

(n-1) h1

hn

iq=

i

Tính lại q: (n-1) h1 (5-1)

hn

i 3,79 q= = =1,395

ih4 =i q3

= 1,942 1,3951,395

3 Chọn loại/kiểu và sơ đồ động học của hộp số

Hiện nay, hộp số trên ôtô được sử dụng với nhiều chủng loại khác nhau Do đó khithiết kế một hộp số ta cần phải căn cứ vào các điều kiện sử dụng tức là hộp số lắp trên

xe gì, điều kiện kỹ thuật, công nghệ chế tạo để chọn ra loại hộp số phù hợp

Qua phân tích đặc điểm của một số hộp số đã nêu ở phần phân loại hôp số ,nên ta chọnhộp số ba trục cố định có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm có 5 cấp như đã tính toán ở trên

Sơ đồ động 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 dùngống gài hoặc bộ đồng tốc

Ơ hầu hết các tay số truyền ta chọn các bánh răng ăn khớp là các bánh răngnghiêng Để gài số ta sử dụng ống gài hoặc bộ đồng tốc

Ở hầu hết các hộp số ôtô ta phải bố trí thêm số lùi, ta có thể dùng các phương

Phương án 2: Không cần bố trí bánh răng số lùi trên trục thứ cấp Tuy nhiên vẫncòn có hai phương án không cần có bánh răng số lùi đặt riêng trên trục thứ cấp Bố tríbánh 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 và số một khôngluôn luôn ăn khớp, để gài số lùi và số một dùng bánh răng di trượt Bánh răng trunggian (đặt trên trục số lùi) có thể làm một hay hai vành răng Loại này thường dùng bốtrí cho hộp số 5 cấp

Phương án một vành răng có kết cấu đơn giản hơn Tuy vậy điều kiện làm việccủa bánh răng không có lợi, chịu ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng.Phương án hai điều kiện ứng suất thuận lợi hơn thay đổi theo chu trình mạch động chophép thực hiện số lùi với tỷ số truyền lớn hơn.

Với những ưu nhược điểm như đã phân tích ở trên ta chọn phương án bố trí sốlùi 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

Bánh răng các tay số thấp (như số một và số lùi) chịu lực lớn thời gian làm việc

ít hơn, nên bố trí sát gối đỡ sau Bánh răng 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 các

bánh răng tốt hơn nên giảm được tiếng ồn và mài mòn

Hầu hết các tay số đều dùng bánh răng trụ răng nghiêng và đồng tốc Các tay sốmột và lùi có thể có răng thẳng gài bằng phương pháp di trượt Mặt khác ở các tay số 2,3,4,5 khi sang số vì tốc độ lớn nên mặt dù đã cắt bộ ly hợp song do quán tính nên cácbánh răng còn quay với tốc độ khác nhau, nếu gài vào sẽ sinh ra lực va đập Để khắc phục hiện tượng trên và đơn giản hoá thao tác cho người lái nên trên hộp số có bố trí

bộ đồng tốc để gài số ở số hai và số ba, số bồn và số năm Để khi hai bánh răng chưa đồng tốc thì cơ cấu này không cho chúng gài vào nhau bằng cách tạo ra một lực cản chống lại lực của tay người lái tác dụng lên cần số Dùng mômen ma sát giữa các bề mặt côn tiếp xúc để khắc phục mômen quán tính, các bánh răng dần dần đồng đều tốc

độ và lực cản nêu trên dần dần bị triệt tiêu, lúc đó lực của tay người lái đủ thắng định

vị lò xo bi, gạt các bánh răng ăn khớp với nhau một cách êm dịu

Hình 1.7 Sơ đồ động hộp số thiết kế

ZA Bánh răng chủ động luôn ăn khớp; ZA’ Bánh răng bị động luôn ăn khớp; Z1 Bánhrăng chủ động số 1; Z1’ Bánh răng bị động số 1; Z2 Bánh răng chủ động số 2; Z2’.Bánh răng bị động số 2; ZL Bánh răng chủ động số lùi; Z3 Bánh răng chủ động số 3;

ZL’ Bánh răng bị động số lùi; Z3’ Bánh răng bị động số 3; Z4 Bánh răng chủ động số4; Z4’ Bánh răng bị động số 4; 1 Trục sơ cấp; 4 Bánh răng dẫn động trục lùi; 5 Trục

thứ cấp; 3 Bộ đồng tốc; 2 Trục trung gian

4 Tính toán các kích thước cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số

* Tính toán kích thước cơ bản của trục

Khi tính toán thiết kế hộp số, trước tiên cần xác định sơ bộ các thông số cơ bảncủa nó, dựa theo các công thức kinh nghiệm, các bảng biểu hoặc đồ thị đã xây dựngđược trên cơ sở phân tích các số liệu thống kê Sau đó, tiến hành điều chỉnh chính xácdựa vào kết quả các tính toán kiểm tra bền, hình học và số liệu tiêu chuẩn…

4.1 Khoảng cách trục

Khoảng cách trục là một trong những thông số quan trọng quyết định kíchthước cacte hộp số nói chung và các chi tiết bên trong hộp số (bánh răng , đồng tốc , ổ

bi )

Khoảng các trục A (mm)của hộp số được xác định sơ bộ theo công thức kinhnghiệm sau :

1 max

- Đối với xe vận tải : ka= 8,6 : 9,6

Vì xe buýt nên các giá trị thông số ta chọn nằm giữa xe tải và xe du lịch nên chọn

4.2 Kích thước chiều trục của hộp số

Kích thước chiều trục của hộp số được xác định dựa vào kích thước chiều rộngcủa các chi tiết lắp trên trục như: Bánh răng, ổ trục, ống gài và đồng tốc… Các kíchthước này có thể xác định sơ bộ theo khoảng cách trục A như sau:

4.3.Tính toán số răng của các bánh răng hộp số

4.3.1 Môduyn và góc nghiêng bánh răng hộp số

Để đảm bảo các bánh răng hộp số làm việc êm diệu , xu hướng chọn mô-duyn mk

có giá trị nhỏ nhất , ngược lại góc nghiêng βk thường có giá trị lớn như sau :

+ Mô-duyn - xe du lịch : m = 2,25  3,0 -xe vận tải : m = 3,5  5,0Chọn m = 3,5

+ góc nghiêng : xe buyt β =( 22  26)Chọn β=220cho các số truyền cao

4.3.2 Số răng của bánh răng hộp số

Đối với hộp số ba trục đồng trục, các số truyền đều phải qua hai cặp bánh răng,trong đó có một cặp bánh răng được dùng chung cho tất cả các số truyền(trừ số truyềnthẳng )gọi là cặp bánh răng luôn ăn khớp Nghĩa là nó luôn luôn làm việc với bất kỳ sốtruyền nào (trừ số truyền thẳng) Vì vậy khi phân chia tỷ số truyền cho cặp bánh răngnày phải có giá trị đủ nhỏ để vừa đảm bảo tuổi thọ cho cặp bánh răng luôn ăn khớpvừa để cho số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp không đượcnhỏ quá

Theo kinh nghiệm số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp của

cos 2

1 1

1 1

g

i m

A Z



1

cos 2

1 1

1

Z m

A

Trong đó : A khoảng cách

ig1 : tỷ số truyền của bánh răng gài số một

β1 : góc nghiêng của cặp bánh răng gài số 1 [rad]

m1 : mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số 1 [mm]

1

2.88.cos 22

13,5.15

g

Suy ra tỷ số truyền động của cấp bánh răng truyền động chung (luôn ăn khớp )

1

3,79

1, 7982,108

ig1 : tỷ số truyền của bánh răng gài số 1

Từ đó suy ra tỷ số truyền của các cặp bánh răng gài số cho các số truyền khác :

) 1 (

cos 2

gk k

k k

i m

A Z



) 1 (

cos 2

gn n

n n

i m

A Z



Trong đó :

igk : Tỷ số truyền của bánh răng gài số thứ k

βk :Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số thứ k [rad]

mk : Mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số thứ k

Z3 =

0 3

1

cos 2

) (



Z Z

m

3,5.(15 32)2.cos(22 )

k

.2

).(

Đường kính trục hộp số ô tô có thể tính sơ bộ theo các công thức kinh nghiệm sau :

4.4.1 Đối với trục sơ cấp

Đường kính sơ bộ của trục tính bằng [mm]