THIẾT KẾ HỘP SỐ Ô TÔ

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Xu hướng hiện nay ở việt nam số lượng ôtô - máy kéo ngày càng được sử dụng càng nhiều.Ôtô - máy kéo đóng một vai trò quan trọng trong sự nghiệp CNH-HĐH ở nước ta.Để h

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Xu hướng hiện nay ở việt nam số lượng ôtô - máy kéo ngày càng được sử dụng càng nhiều.Ôtô - máy kéo đóng một vai trò quan trọng trong sự nghiệp CNH-HĐH ở nước ta.Để hoà nhập với xu hướng phát triển chung của đất nước và thế giới thì trong ngành ôtô nói riêng phải không ngừng tăng số lượng về xe mà còn phải chú trọng cải tiến nâng cao mẫu mã chất lượng để tăng hiệu quả sử dụng và tính năng an toàn cho xe.Trên cơ sở đó em được giao đề tài Tính toán thiết kế hộp số 3 trục xe ôtô con

Với kiến thức có hạn do vậy trong quá trình làm TKMH sẽ không tránh khỏi những sai xót Em rất mong được sự sự chỉ bảo tận tình của các thầy trong

Bộ môn Cơ khí ôtô trường ĐH Giao Thông Vận Tải Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Bang đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ

án môn học này!

Sinh viện:

Đề Bài:

Thiết kế hộp số ô tô: xe con

Với các thông số:

Loại hộp số: 3 trục

Bánh xe:6,5-13

Me max: 8,9 (KG.m), Ga1 =632 (KG);Ga1= 713 (KG), Ne max : 60 (ML)

Số tay số: 4

Tỉ số truyền hộp số - TLC:

+Số 1:3,75

+Số 2: 2,3

+Số 3:1,49

+Số 4: 1,0

+L :

+TLC:4,3

CHƯƠNG I: CHỌN SƠ ĐỒ CỦA HỘP SỐ

Chọn loại hộp số 3 trục, có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm , 4 cấp ( 4 số tiến và 1 số lùi ) và có số 4 là số truyền thẳng

Các bánh răng luôn ăn khớp là các bánh răng trụ răng nghiêng Dùng bánh răng trụ răng nghiêng có ưu điểm là giảm được tiếng ồn và lực va đập nhưng cũng có những phiền phức như phải dùng kèm với bộ đồng tốc, do đó kích thước hộp số sẽ tăng lên , mặt khác khi sang số phải khắc phục mômen quán tính lớn làm cho răng hoặc mặt ma sát của bộ đồng tốc phải chịu tải trọng động

Ta có :

Số 1,2 và số lùi được gài bằng khớp then hoa

Số 3;4 được gài bằng bộ đồng tốc

Các bánh răng trên trục trung gian được chế tạo rời và lắp chặt trên trục trung gian

Sơ đồ động của hộp số được trình bầy như trên hình vẽ :

CHƯƠNG II:

CHẾ ĐỘ TẢI TRỌNG, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ VÀ

XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN

2.1 Chế độ tải trọng khi thiết kế.

1.Tải trọng từ động cơ đến chi tiết đang tính của hộp số:

Mt =Memax.ihi [N.m]

Mt: Mômen tính toán ở chi tiết cần tính [N.m]

Me max:Mômen cực đại của động cơ [N.m]

ihi:Tỉ số truyền từ động cơ đến chi tiết cần tính

2 Tải trọng từ bánh xe chủ động đến chi tiết cần tính toán theo điều kiện bám lớn nhất của cánh xe với mặt đường

i

r M

t bx

Z

∑

= . max. max

ϕ

.∑Z:Tổng phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động [N] ∑Z=Ga=1345 [N]

.ϕmax:Hệ số bám lớn nhất của bánh xe với mặt đường-ϕmax=0,7 it:Tỉ số truyền tính từ bánh xe chủ động đến chỉ tiết cần tính

i i

it = 0. hi

.rbx:Bán kính bánh xe

Ta có: ) 25 , 4 404 ( )

2

rb= + =

rbx= λ rb

với λ:Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp- λ = 0 , 934

⇒rbx=0,934.404=377,34[mm]≈0,378[m]

Sau khi tính toán xong Mt,Mϕmaxgiá trị nào nhỏ hơn sẽ được chọn để tính toán

ihi ih1= 3 , 75 ih2= 2 , 3 ih3= 1 , 49 ih4= 1 , 0

2.2 Xác định khoảng cách giữa các trục

Vì hộp số có trục cố định nên khoảng cách sơ bộ được tính

3

max

a

Me max:Mômen cực đại của động cơ [N.m]

a:Hệ số kinh nghiệm - Với xe con:a=18,5⇒A=18,53 96 =102,5 [mm] Ta chọn: Aso−bo=102,5 [mm]

2.3 Chọn môđun bánh răng: m

Chọn môđun theo công thức kinh nghiệm:

Mn = (0,032 – 0,040)A; chọn mn =3,5

Chọn góc nghiêng 20

=

β

2.4 Xác định số răng của các bánh răng

1 Cặp bánh răng luôn ăn khớp

Số răng của bánh răng chủ động : Chọn theo điều kiện không cắt chân răng, nghĩa là Za≥ 13; chọn Za= 16

Số răng của bánh răng bị động:

m

Z

n a

2

5 , 3

9396 , 0 5 , 102 2

Tỉ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp là:

44 , 2 16

39 '

Z

Z

i

a

a

2 Tỉ số truyền của các cặp bánh răng được gài số:

Ta có: ihi=ia.igi

Với igi là tỉ số truyền của cặp bánh răng được gài

-Tay số 1: 1 , 69

44 , 2

75 , 3

1

1 = = =

i

i i

a

h g

44 , 2

3 , 2

2

2 = = =

i

i i

a

h g

44 , 2

49 , 1

3

3 = = =

i

i i

a

h g

3 Số răng của các bánh răng dẫn động gài số ở trục trung gian:

-Số 1: (21A ) 3,52(.11021,,569. ) 21,78

i m

Z

1 n

+

= +

-Số 2: 2A(1cos ) 2.3102.5.(,15.0,193969,08) 26,64

i m

Z

2 n

+

= +

β

=

-Số 3: 2A(1cos ) 23.102,5(1,5.00,,939665) 33,46

i m

Z

3 n

+

= +

β

=

Làm tròn: Z 1=22

Z 2=27

Z 3=34

4.Số răng của các bánh răng bị động trên trục thứ cấp:

i Z

Zgi' = gi. gi

-Số 1: Z1'=Z1.i 1=1,69.22=37,18 Làm tròn Z' 1=37

-Số 2: Z 2'=Z 2.i 2=1,08.27=29,16 Làm trònZ 2 29

' =

-Số 3: Z 3'=Z 3.i 3=34.0,65=22,1 Làm trònZ 3 22

' =

5 Xác định lại tỉ số truyền của các cặp bánh răng gài số:

Z

Z i

gi

gi gi

'

=

22

37 '

Z

Z i

1

1

-Số 2: ' 2729 1,07

Z

Z i

2

2

34

22 '

Z

Z i

3

3

xác định số răng trục số lùi ta chọn theo điều kiênj không cắt chân răng thì 13

ZL ≥ Ta chọn Zl1= 16; Zl2 = 13

6 Xác định lại tỉ số truyền của hộp số: ihi =ia.igi

-Số 1: i 1=ia.i 1=2,44.1,68=4,1

-Số 2: i 2=ia.i 2=2,44.1,07=2,61

-Số 3: i 3=ia.i 3=2,44.0,65= 1.586

7 Tính chính xác khoảng cách trục: A

cos 2

) '

m

A n a a

β

+

cos 2

) '

m

β

+

cos 2

) '

m

β

+

cos 2

) '

m

β

+

Chọn Ac=A1=A3=102.43[mm] khi đó có sự sai lệch giữa khoảng cách các trục, ta chọn giải pháp dịch chỉnh góc các bánh răng của các cặp luôn ăn khớp và cặp gài số 2

2.5 Tính toán dịch chỉnh góc bánh răng:

1 Xác định hệ số dịch chuyển các trục:

A A

Ac−

=

λ0

5 , 102

5 , 102 43 , 102 43

c

A = ⇒λ = − =−

2 Tổng số dịch chỉnh tương đối ξ0 và góc α:

Với cặp luôn ăn khớp: ξ0=−0,00063

1954'

= α

Với cặp bánh răng gài số 2: ξ0=−0.00063.

1954'

= α

2 Hệ số dịch chỉnh tổng cộng: ξt

ξ ξ

ξ = 1 + 2

t ξ1:Hệ số dịch chỉnh phân cho bánh răng Z1

ξ2: Hệ số dịch chỉnh phân cho bánh răng Z2

Với cặp bánh răng gài số 1: 0.0093

2

t 2

1=ξ =ξ =−

ξ

4 Kiểm tra ξ1 và ξ2:

-Số răng tương đương : cos β3

Z

54 32

Z2 td = và Z'2 td =34.95

9 40

Z3 td= và Z'3 td=26.5

3873 0 COS

tg

β

α

-Hệ số dịch chỉnh tổng cộng:

+Bánh răng luôn ăn khớp: ξt=0,5.ξ0(Z1+Z1')=−0.0186

+Bánh răng gài số 2: ξt=0,5.ξ0(Z 2+Z 2')=−0.1764

Bảng II: Thông số hình học của bánh răng trụ răng nghiêng không dịch chỉnh số 2

Bánh nhỏ : Bánh lớn

Gài số 2 Bánh nhỏ : Bánh lớn

ms

3.5 3.5

Bước pháp tuyến tn,ts 10.99 11.49

Góc nghiêng của răng β 0o 21010’

Môđun mặt đầu ms 0 3.66

Bước mặt đầu và cơ sở t0,ts 10.33 10.7

Đường kính vòng chia D 77 : 129.5 98,82 : 106.14

Đường kính vòng đỉnh Dd 83.93 : 136.93 105.98 :113.3

Đường kính vòng đáy Dc 68.19 : 120.68 91,44 : 96,93

Chiều rộng vành răng B 17.5 28

Khoảng cách trục A 102.43 104.29

Bảng III: Thông số hình học của các cặp bánh răng trụ răng nghiêng dịch chỉnh góc

Bánh nhỏ : Bánh lớn

Cặp gài số 3 Bánh nhỏ : Bánh lớn

Bước cơ sở t0 10.99 10.7

Khoảng cách trục khi (

0

=

Khoảng cách trục khi ( Ac 102.5 102.48

≠

ξt )

Hệ số thay đổi khoảng

Tổng hệ số dịch chỉnh ξt 0 -0.0166

Phân cho bánh nhỏ ξ1 0 -0.0083

Phân cho bánh lớn ξ2 0 -0.0083

Độ dịch chỉnh ngược

∆ h0 0 0.05

Đường kính vòng chia d 58.56 :

142.74

124.44 : 80.52

Đường kính vòng cơ

Đường kính vòng đỉnh Dd 65.06 :

149.74

131.6 : 87.68

Đường kính vòng đáy Dc 49.8 : 134 115.23 : 71.3

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SỨC BỀN HỘP SỐ

3.1 Chế độ tải trọng để tính toán hộp số:

1 Mômen truyền đến các trục hộp số

Bảng IV:

Tên

gọi

Từ động cơ truyền đến

Công thức[kN.m] Giá trị

Theo bám từ bánh xe truyền đến

Công thức[kN.m] Giá trị Trục

sơ cấp Ms=Me 0,17

i i

r G M

h

bx s

1 0

max max

.

ϕ

ϕ 0.36

Trục

trung

gian Mtg=Me.ia 0.42

i i

r G M

g

bx tg

1 0

max max

.

ϕ

ϕ 0.87

Trục

thứ

cấp

Số 1

Số 2

Số 3

i M

i

tc=

i M

Mtc e h1

1

.

= 0.7

i M

Mtc e h2

2

.

= 0.45

i M

Mtc e h3

3

.

= 0.27

i

r G

0

max max

.

ϕ

Trong đó: i0 : tỉ số truyền TLC - i0= 4 , 3

φmax: hệ số bám lớn nhất - φmax =0,7

Gφ : trọng lượng bám ô tô - Gφ = 1345KG

2 Lực tác dụng lên các cặp bánh răng:

- Lực vòng :

m

Z M

.

2

3

=

- Lực hướng kính : β

α

cos

.tg P

R =

- Lực chiều trục : Q = P.tgβ

Bảng V:

R

Lực chiều trục Q

3.2 Tính sức bền bánh răng:

1 Tính sức bền uốn:

K m

K K K K

K

y

gc tp c ms d u

β

π

=

σ

kd : Hệ số tải trọng động bên ngoài - kd =1,5÷2

kms : Hệ số tính đến ma sát

+ Đối với bánh răng chủ động : kms=1,1

+ Đối với bánh răng bị động : kms=0,9

kc : Hệ số tính đến độ cứng của trục và phương pháp lắp bánh răng trên trục + Đối với bánh răng côngxon ở trục sơ cấp : kc=1,2

+ Đối với bánh răng di trượt ở trục thứ cấp : kc=1,1

ktp : Hệ số tính đến tải trọng động phụ do sai số các buớc răng khi gia công gây nên - ktp=1,1÷1,3

kgc : Hệ số tính đến ứng suất tập trung ở các góc lượn của răng do gia công gây nên - kgc=1,0

kβ : Hệ số tính đến độ trùng khớp chiều trục với sức bền của răng [ tra theo đồ thị]

Từ đó ta tính được :

] / [ 382

] / [ 612

] / [ 687

] / [ 315

2 3

2 2

2 1

2

cm KG

cm KG

cm KG

cm KG

u u u ua

=

=

=

=

σ σ σ σ

2 Tính sức bền tiếp xúc :

Đối với cặp bánh răng chế tạo cùng một vật liệu, tính toán ứng suất tiếp xúc (tương ứng với chế độ tải trọng : Đối với ô tô lấy bằng

2

t

A

) theo công thức :

) '

1 1 ( cos sin '.

cos

418

,

0

r r b

PE

α α β

σ

β : Góc nghiêng của răng

P : Lực vòng [MN]

E : Môđun đàn hồi - Đối với thép : E = 2÷ 2,2.106 [daN/cm2]

b' : Chiều dài tiếp xúc của răng [m]

α : Góc ăn khớp

Ta có :

+ b' = 0 , 043

889 , 0

02 , 0

β

b

[m]

+ Sin20= 0,34

+ Cos20= 0,93

+ 50 [ ] 0 , 05 [ ]

2

100 2

1

+ 100 [ ] 0 , 1 [ ]

2

200 2

' ' 1

2

140 2

2

2

150 2

' ' 2

+ 97 , 5 [ ] 0 , 0975 [ ]

2

195 2

3

+ 52 , 5 [ ] 0 , 0525 [ ]

2

105 2

' ' 3

2

80

d

2

220 2

'

Ta tính được các ứng suất tiếp :

] / [ 3 , 272 ) 1 , 0

1 05 , 0

1 ( 93 , 0 34 , 0 043 , 0 2

10 2 10 2375 889

, 0 418 ,

σ

] / [ 3 , 185 ) 075 , 0

1 07 , 0

1 ( 93 , 0 34 , 0 043 , 0 2

10 2 10 1194 889

, 0 418 ,

σ

] / [ 144 ) 0525 , 0

1 0875 , 0

1 ( 93 , 0 34 , 0 043 , 0 2

10 2 10 655 889 , 0 418 ,

σ

] / [ 6 , 145 ) 11 , 0

1 04 , 0

1 ( 93 , 0 34 , 0 043 , 0 2

10 2 10 7 , 597 889 , 0 418 ,

σ

Như vậy các giá trị của σtx đều nhỏ thua [ σ ]tx=1000÷2500[MN/m2]

3.3 Tính toán trục hộp số.

1 Chọn sơ bộ kích thước các trục :

a: Đối với trục sơ cấp:

10 , 6 10 , 6 3 96 48 , 5 [ ]

max

3

b: Đối với trục trung gian :

d2= 0 , 45 A= 0 , 45 66 , 4 = 29 , 88 [mm]

=

l

d

2

2 0,16 ⇒l2=250[mm]

c: Đối với trục thứ cấp :

d3=0,45A=0,45.66,4 = 29,88[mm]

l

d

3

3

=0,18 ⇒l3=230[mm]

.A : Khoảng các trục l2 ,d2: Đường kính và chiều dài trục trung gian l3 ,d3: Đường kính và chiều dài trục thứ cấp

2 Tính trục về sức bền :

Ta có sơ chịu lực của các trục trên

a: Trục sơ cấp:

-Tính phản lực tại các gối :

p p

p p

p

a r

a r

r

30 224

1

2 1

=

−

=

−

] [ 19246

2273

2

1

mm

mm

p

p

r

r

=

=

R p

R p

p

a a

a a

a

30 224

1

2 1

=

−

=

−

] [ 7729

913

2

1

mm

mm

p

p

a

a

=

=

-Tính trục theo độ bền uốn :

] [ 548708

2 2

mm

M M

Mu = x + y =

] / [ 60 8

, 59 1

, 0

2

u u

u

u u

d

M

σ

- Tính trục theo xoắn :

] / [ 35 20 ] [ 35 , 17

2 , 0

2

d

T W

T

x x

τ

-Tính trục theo xoắn và uốn tổng hợp :

] / [ 80 ] [

3 , 62 35 , 17 8 , 59

2

2 2

2 2

mm N

th th

x u th

=

<

⇒

= +

= +

=

σ

σ

b: Trục thứ cấp : -Tính phản lực tại các gối :

p p

p p p

r

r r

3 2

3 3 2

227 372

=

+

] [ 7325

5 , 11467

2

2

mm

mm

p

p

r

r

=

=

R p

R p p

a

a a

3 2

3 3 2

227 372

=

−

] [ 2930

4587

3

2

mm

mm

p

p

a

a

=

=

-Tính trục theo độ bền uốn :

] [ 2253831

1665100

2 2

mm N

M

M M

M

u

y x

u

=

⇒

+

= +

=

] / [ 60 3

, 57 1

, 0

2

u u

u

u u

d

M

σ

- Tính trục theo xoắn :

] / [ 35 20 ] [ 12

2 , 0

2

d

T W

T

x x

τ

-Tính trục theo xoắn và uốn tổng hợp :

] / [ 80 ] [ 8

,

2 2

mm N

th th

x u

Trục trung gian :

-Tính phản lực tại các gối :

p p

p

p p p p

a r

a r r

3 4

3 5

4

227

372 394

−

=

−

⇒ [ ]

] [ 3378

5198

5

4

mm

mm

p

p

r

r

=

=

R R

p

R R p p

a a

a a a

3 4

3 5

4

227

372 394

+

=

−

⇒ [ ]

] [ 3567

10766

4

4

mm

mm

p

p

a

a

=

=

-Tính trục theo độ bền uốn :

Tại tiết diện nguy hiểm xác định theo công thức :

] [ 1829681

2 2

mm

M M

Mu = x + y =

] / [ 60 58

1 , 0

2

u u

u

u u

d

M

W M = = < =

σ

- Tính trục theo xoắn :

] / [ 35 20 ] [ 5 , 12

2 , 0

2

d

T W

T

x x

τ

-Tính trục theo xoắn và uốn tổng hợp :

] / [ 80 ] [ 15

,

2 2

mm N

th th

x u

σ

3 Tính trục theo cứng vững :

.f_Độ võng

.δ _Góc xoay

.δ12=δ1+ δ2

a: Độ võng của trục:

- Trục sơ cấp trong mặt phẳng XOZ:

] [ 01 , 0

10 214 2 6

538 40 7909 10

214 2 3

) 224 30 (

30 ).

7729 6816

(

6

) 3 2 ( 3

) (

).

(

1

6 6

2 1

1 1 1 01 1 1 1

2 1 2 1 1

mm f

f

EJ

b a b r Q EJ

b a b R R

=

⇒

− +

+

=

⇒

+

− + +

=

- Trục sơ cấp trong mặt phẳng XOY:

] [ 0215 , 0

10 214 2 6

538 40 7909 10

214 2 3

) 224 30 (

30 ).

19246 6793

(

6

) 3 2 ( 3

) (

).

( '

1

6 6

2 1

1 1 1 01 1 1 1

2 1 2 1

mm f

f

EJ

b a b r Q EJ

b a b R R

=

⇒

− +

+

=

⇒

+

− + +

=

Trục thứ cấp trong mặt phẳng XOZ

] [ 0258 , 0

10 2 104 2 372 3

5 , 97 82 227 145 3 , 8157 10

104 2 372 3

227 145 7517

) (

3

).

( )

( 3

.

2

7 7

2 2 2

3 3

03 3 3 3 3 3 3

3

2 3

2 3 3 2

mm f

f

EJ b a

r a b b a Q EJ b a

a b R f

=

⇒

−

=

⇒

+

−

− +

=

- Trục thứ cấp trong mặt phẳng XOY :

] [ 078 , 0 '

10 2 104 2 372 3

5 , 97 82 227 145 3 , 8157 10

104 2 372 3

227 145 18793 '

) (

3

).

( )

( 3

'

2

7 7

2 2 2

3 3

03 3 3 3 3 3 3

3

2 3

2 3 3 2

mm f

f

EJ b a

r a b b a Q EJ b a

a b P f

=

⇒

−

=

⇒

+

−

− +

=

b: Góc xoay của trục :

- Trục sơ cấp trong mặt phẳng XOZ:

] [ 0049 , 0

10 214 2 3

314 7909 10

214 2 6

) 448 90 (

30 ).

7729 6816

(

3

) 3 (

6

) 3 2 (

).

(

1

6 6

1

1 1 01 1 1 1 1 2 1

rad

EJ

b a r Q EJ

b a b P

=

⇒

− +

+

=

⇒

+

− +

+

=

γ γ γ

- Trục sơ cấp trong mặt phẳng XOY:

] [ 0075 , 0

10 214 2 3

314 7909 10

214 2 6

) 448 90 (

30 ).

19246 6793

(

3

) 3 (

6

) 3 2 (

).

( '

1

6 6

1

1 1 01 1 1 1 1 2 1

rad

EJ

b a r Q EJ

b a b P

=

⇒

− +

+

=

⇒

+

− +

+

=

γ γ γ

- Trục thứ cấp trong mặt phẳng XOZ:

] [ 0046 , 0

10 214 2 372 3

38721 3 , 8157 10

214 2 372 3

82 145 224 7517

) (

3

)

.(

) (

3

) (

.

2

7 7

2

3 3

2 3 3 3

2 3 3 3

3

3 3 3 3 3 2

rad

EJ b a

b a b a Q EJ b a

a b a b R

=

⇒

−

=

⇒

+

+

−

− +

−

=

γ γ γ

- Trục thứ cấp trong mặt phẳng XOY:

] [ 0082 , 0 '

10 214 2 372 3

38721 3 , 8157 10

214 2 372 3

82 145 224 18793 '

) (

3

)

.(

) (

3

) (

'

2

7 7

2

3 3

2 3 3 3

2 3 3 3

3

3 3 3 3 3 2

rad

EJ b a

b a b a Q EJ b a

a b a b P

=

⇒

−

=

⇒

+

+

−

− +

−

=

γ γ γ

Góc xoay tổng cộng :

] [ 01 , 0 0094 , 0 '

2 2

2

2 + = < rad

=

∑ γ γ

γ

CHƯƠNG IV:

TÍNH TOÁN Ổ LĂN VÀ CHỌN Ổ LĂN

Chế độ tải trọng trong tính toán ổ lăn :

M

Mtb= α emax với α : Hệ số sử dụng mômen xoắn.

94 , 0

] / [ 2 , 12 1000

16

42 , 736 65 2

10 41 , 0 10 136 , 0 96 , 0

max

2 6 2

=

⇒

=

=

=

+

−

α

α

T kW m

N N

N N

e r

r r

Từ đó ta có :

] [ 024 , 9 6 , 9 94 ,

Mtb= =

Tính toán khả năng làm việc của ổ :

1 ( )

td K K K n h R