Thiết kế cầu sau xe CAT 773E (Có bản vẽ)

NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU ðỐI VỚI CẦU SAU a Nhiệm vụ Cầu sau của xe phải ñảm bảo thực hiện các nhiệm vụ cơ bản sau: − Là một phần của hệ thống truyền lực, do vậy nó có nhiệm vụ truyền và biến

MỤC LỤC

Mục lục 1

Lời nói ñầu 3

Chương I:Giới thiệu chung về xe chọn thiết kế 5

Chương II:Phân tích nhiệm vụ 10

2.1 Giới thiệu chung về cầu sau 10

2.1.1 Bố trí chung 10

2.1.2 Cấu tạo 10

2.1.3 Nhiệm vụ và yêu cầu ñối với cầu sau 11

2.2 Lựa chọn phương án kết cấu các cụm chi tiết trong cầu sau .11

2.2.1 Dầm cầu 11

2.2.2 Truyền lực chính 12

2.2.3 Bộ vi sai 17

2.2.4 Bán trục 18

2.2.5 Lựa chọn cách bố trí ổ bi 19

Chương III:Thiết kế tính toán các cụm chi tiết 21

3.1 Thiết kế truyền lực chính .21

3.2 Thiết kế bộ truyền vi sai 28

3.3 Thiết kế tính toán bán trục và dầm cầu 36

3.4 Thiết kế truyền lực cạnh 42

Chương IV:Thiết kế quy trình công nghệ gia công một số chi tiết cơ bản 51

4.1 Phân tích chức năng và ñiều kiện làm việc .51

4.2 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết 52

4.3 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 53

Chương V: Chăm sóc và bảo dưỡng kĩ thuật 69

5.1 Thao tác tháo hộp vi sai 69

5.2 Các thao tác lắp 69

5.3 Các hiện tượng, nguyên nhân và cách khắc phục sự cố .70

5.4 Những công việc chính về bảo dưỡng .71

Kết luận 72 Tài liệu tham khảo 74

LỜI NÓI ðẦU Hiện nay nước ta ñang ñẩy mạnh tiến trình hội nhập kinh tế toàn cầu, nền kinh tế hàng hoá trong nước ñang sôi ñộng hơn bao giờ hết Trước tình hình ñó, ôtô ngày càng ñóng một vai trò quan trọng trong tất cả các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế Xe vận tải mỏ, tuy là một mảng nhỏ, với số lượng xe nhỏ, xong nó ñang ñóng một vai trò quan trọng trong ngành khai thác mỏ nói riêng và nền kinh

tế nói chung ðây là loại xe có tải trọng rất lớn, do vậy nó mang lại năng suất vận chuyển cao, mang lại nguồn lợi kinh tế lớn

Tuy nhiên, hiện nay thì toàn bộ các loại xe tải ñang hoạt ñộng trên các vùng

mỏ ở Việt Nam ñều là các xe nhập ngoại hoàn toàn chứ trong nước chưa sản xuất ñược Giá thành mua các loại xe này là rất cao Hơn nữa, trong quá trình khai thác

và sử dụng khi xe xảy ra sự cố thì việc khắc phục gặp rất nhiều khó khăn và tốn kém Nguyên nhân một phần là do chúng ta chưa nắm ñược kỹ thuật về các loại xe này, một phần là do chúng ta chưa chủ ñộng ñược phụ tùng ñể thay thế Khi cần thay thế các phụ tùng thì chúng ta phải nhập phụ tùng về với giá thành rất cao, gây thiệt hại về kinh tế, làm giảm hiệu quả sử dụng của xe Một vấn ñề thực tế ñặt ra là chúng ta phải có biện pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình khai thác và sửa chữa các loại xe này Do vậy việc thiết kế chế tạo các cụm chi tiết nhằm cung cấp phụ tùng thay thế cho các xe hư hỏng là rất cần thiết

Trong quá trình thiết kế chế tạo các cụm chi tiết, phục vụ vật tư cho công việc sửa chữa các loại xe này, vấn ñề quan trọng mà chúng ta cần chú ý tới ñó là vấn ñề phù hợp của các cụm chi tiết thiết kế với các loại xe ñang sử dụng ðể làm ñược ñiều ấy, trong quá trình thiết kế chế tạo các cụm thì chúng ta phải giải quyết vấn ñề sau:

- Tìm hiểu về các xe ñang sử dụng và ñiều kiện làm việc thực tế của xe

- Thiết kế các cụm chi tiết phải tuân theo các tiêu chuẩn ISO, ñảm bảo các cụm sản xuất ra có thể xuất khẩu tới các nước khác

- ðể ñảm bảo tính thống nhất giữa các cụm có liên quan với nhau, giảm giá thành sản xuất, ñơn giản trong lắp ráp thì ta thiết kế các cụm tổng thành

hoàn thiện có thể ñưa vào lắp ráp với số lượng nhiều Cụm tổng thành chế tạo ra có khả năng lắp vào ñược nhiều loại xe tuỳ theo yêu cầu cụ thể

Trước những yêu cầu thực tế trên em ñược nhận ñề tài tốt nghiệp:

“ Thiết kế cầu sau xe CAT 773E”

ðây là ñề tài tương ñối mới ñòi hỏi phải giải quyết ñược các vấn ñề: hiệu quả kinh tế, tính thống nhất trong thiết kế, tuân theo tiêu chuẩn chung và ñảm bảo tính phù hợp với ñiều kiện làm việc thực tế của xe ðây là phần thiết kế cụm tổng thành khá hoàn chỉnh Cụm tổng thành là một tập hợp hoàn thiện các cụm khác nhau có liên kết với nhau, ñồng thời có thể ñưa vào lắp ráp với số lượng lớn Do vậy khi thiết kế cụm tổng thành cầu sau chúng ta phải giả quyết các nội dung cơ bản sau:

- Thiết kế cụm cầu chủ ñộng bao gồm: truyền lực chính; bộ vi sai; bán trục; dầm cầu; truyền lực cuối cùng

- Thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết ñiển hình cho cụm tổng thành

Với những nội dung cơ bản như trên, ñể hoàn thành phần thiết kế yêu cầu ngưới thiết kế phải có hiểu biết tương ñối rộng và có kinh nghiệm trong thiết kế Vì vậy em ñã gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình thiết kế ñồ án Tuy nhiên em ñã hoàn thành theo ñúng yêu cầu của một ñồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn Ôtô và trong khoa Cơ Khí Trường ðH Bách Khoa Hà Nội

ñã cung cấp các tài liệu và kiến thức cần thiết cho em hoàn thành ñồ án ðặc biệt

em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Văn Hường ñã tận tình giúp ñỡ em, hướng dẫn

em từng bước ñể em hoàn thành ñồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5/2009 Sinh viên

Nguyễn Văn Bản

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE CHỌN THIẾT KẾ Vận tải mỏ bằng ôtô là khâu không thể tách rời trong dây truyền khai thác khoáng sản tại Việt Nam Nhiệm vụ của nó là chuyên chở ñất ñá từ tầng khai thác ra bãi thải, ñưa ñất ñá ñào lò lên mặt mỏ, chuyên chở khoáng sản từ nơi khai thác tới ñịa ñiểm tập trung Vận tải mỏ ñóng vai trò là cầu nối giữa sản xuất, chế biến và tiêu thụ

Ưu ñiểm của việc vận tải mỏ bằng ôtô là tính cơ ñộng cao, vận tốc tương ñối cao so với các loại vận tải khác nên cho năng suất lớn, vốn ñầu tư cơ bản thấp hơn

so với vận tải ñường sắt từ 1, 2 1,5 ÷ lần

Tuy nhiên nhược ñiểm của nó là chi phí sản xuất lớn (lương công nhân, tiêu hao nhiên liệu, ), sửa chữa bảo dưỡng phức tạp (chi phí sửa chữa chiếm 33 35% ÷

giá thành vận tải), giá ôtô và các phụ tùng thay thế ñắt do phải nhập ngoại, ñường chóng hỏng làm cho giá thành vận tải ôtô có thể tăng cao

Thực tiễn sản xuất cho thấy hiệu quả của vận tải bằng ôtô phụ thuộc rất nhiều vào sức chở và loại ñường lưu thông Vì thế lựa chọn ñúng ñắn loại ôtô vận tải mỏ với loại ñường phù hợp, cần phải có một ñánh giá tổng quan về các tác ñộng của nó ñối với các yếu tố khác ðây là ñiều kiện tiên quyết, ñể ñảm bảo nâng cao hiệu quả khai thác khoáng sản có ích và khả năng sử dụng thiết bị, là bài toán kinh

tế - kỹ thuật phức tạp, cần giải quyết một cách ñồng bộ

Xu hướng phát triển của ôtô vận tải mỏ là tăng sức chở của ôtô, nhằm tăng năng suất Nhưng bên cạnh ñó lại phát sinh nhiều vấn ñề cần giải quyết: Chi phí cho công việc bảo dưỡng sửa chữa những loại xe này rất ñắt, do xe có tải trọng lớn lên khả năng phá ñường mạnh (chi phí cho san lấp ñường tăng lên) ðường xấu ảnh hưởng trực tiếp tới công suất của xe, tuổi bền các chi tiết trên xe giảm nhanh mà ñiển hình là một số loại xe: Volvo, Komatsu, CAT 773E, CAT 777D

ðề tài thiết kế là thiết kế cầu sau xe Cat 773E ðây là loại xe có trọng tải rất lớn, vượt ra ngoài tiêu chuẩn quốc tế Tải trọng ñặt lên cầu sau rất lớn cùng với ñiều kiện làm việc khắc nghiệt của ñường xá Do vậy cầu sau thiết kế cần phải ñáp ứng các yêu cầu sau:

- Cầu phải có khả năng chịu tải trọng rất lớn Có khả năng chịu ñược tải trọng ñộng rất lớn do mặt ñường không ổn ñịnh gây ra

- Cầu thiết kế phải ñảm bảo tỷ số truyền yêu cầu, nhằm ñảm bảo vận tốc lớn nhất và lực kéo cho xe rất lớn mà kích thước của cầu vẫn ñảm bảo khoảng sáng gầm xe

- Cầu chủ ñộng là cụm tổng thành phải ñảm bảo tính hoàn thiện và ñồng hoá về kết cấu ñể có thể lắp ráp vào nhiều loại xe trong cùng khoảng tải trọng quy ñịnh, với số lượng lớn

- Khi thiết kế có chú ý tới tính kinh tế, giá thành hạ và có thể tổ chức sản xuất trong ñiều kiện Việt Nam

ðể ñáp ứng các yêu cầu trên, thì trong quá trình thiết kế cụm tổng thành, ñề tài thiết kế theo xe có tải trọng lớn nhất theo yêu cầu của ñề tài Ta cần thiết kế cụm cầu sau cho xe vận tải mỏ Sau khi chế tạo ñược loại cầu này, nó có thể lắp ñược trên các xe có tải trọng tương tự nhằm nâng cao tính ñồng nhất của cầu xe thiết kế

Trong thực tế sử dụng những năm gần ñây ở các vùng mỏ Việt Nam, thì loại

xe CAT 773E có thể ñáp ứng rất tốt các yêu cầu kỹ thuật trên, thích hợp với ñiều kiện làm việc thực tế ở các vùng mỏ Việt Nam Do vậy, chúng ta chọn xe này là xe

cơ sở ñể thiết kế Các thông số kỹ thuật của xe vận tải mỏ CAT 773E ñược thể hiện trong bảng thống kê dưới ñây:

+ Cầu trước (kg)

+ Cầu sau (kg) -ðầy tải:

+Cầu trước (kg) + Cầu sau (kg)

19155(47%) 21945(53%)

30775(31%) 68405(69%)

KÍCH

THƯỚC

- Chiều dài cơ sở: (m)

- Chiều rộng cơ sơ:

+ Cầu trước (m) + Cầusau (m) -Khoảng sáng gầm xe

(khi ñầy tải) (m)

4,191

3,966 4,457

0,591

Truyền lực hành tinh 4,8

CHƯƠNG II

PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU SAU

2.1.1 BỐ TRÍ CHUNG

Cầu chủ ñộng ở các loại ôtô khác nhau có thể ñược bố trí khác nhau Tuy

nhiên ñối với xe tải mà ñặc biệt là xe tải hạng nặng thì nên chọn cách bố trí cầu

chủ ñộng ở phía sau vì tải của xe chủ yếu ñặt ở phía sau, do vậy cầu sau sẽ chịu tải

lớn hơn Ta chọn cầu sau chủ ñộng ñể tận dụng tải trọng bám, làm cho khả năng

kéo của xe tăng lên

Các xe tải có thể có một hoặc nhiều cầu sau chủ ñộng Trong bản thiết kế này

ta thực hiện cho xe loại một cầu chủ ñộng có sơ ñồ bố trí chung như hình 2.1:

Ngoài ra cầu chủ ñộng còn có các chi tiết và các cụm chi tiết khác, phù hợp với ñiều kiện làm việc và kết cấu của các loại xe cụ thể

2.1.3 NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU ðỐI VỚI CẦU SAU

a) Nhiệm vụ

Cầu sau của xe phải ñảm bảo thực hiện các nhiệm vụ cơ bản sau:

− Là một phần của hệ thống truyền lực, do vậy nó có nhiệm vụ truyền và biến ñổi mômen từ trục các ñăng tới các bánh xe chủ ñộng

− Là kết cấu chịu tải ðây là cụm chịu phần lớn tải trọng của ôtô tác dụng lên, sau ñó truyền tới các bánh xe chủ ñộng Cầu sau của xe còn là phần ñỡ toàn

− Làm việc với hiệu suất cao, êm dịu và tin cậy

− ðộ cứng vững rất cao do chịu tải trọng rất lớn

− Phải ñảm bảo liên kết với hệ thống treo ñược dễ dàng và cứng vững

2.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CÁC CỤM CHI TIẾT TRONG CẦU SAU

2.2.1 DẦM CẦU

Dầm cầu chủ ñộng trong ôtô có nhiệm vụ chứa các cụm chi tiết khác trong cầu chủ ñộng ðồng thời ñây cũng là bộ phận chịu tải, trực tiếp liên kết với hệ thống treo Ngày nay người ta thường dùng hai loại dầm cầu sau:

+ Dầm cầu ñược chế tạo bằng cách ghép các tấm thép với nhau Các tấm thép này là thép ít cácbon có khối lượng nhẹ, ñộ cứng vững tương ñối tốt, giá

thành hạ Tuy nhiên loại dầm cầu này do ñược chế tạo từ thép có hàm lượng các bon thấp nên có sự biến dạng khi chịu tải, công nghệ gia công, lắp ráp phức tạp

+ Dầm cầu chủ ñộng dạng ñúc: Loại này có ñộ cứng vững tốt, khả năng chịu tải lớn, dễ dàng chế tạo ñược kết cấu mong muốn, giá thành hạ Tuy nhiên loại dầm cầu này có khối lượng tự trọng lớn, làm tăng khối lượng của phần không ñược treo lên

ðối với xe vận tải mỏ chuyên dụng loại 99 tấn thì cầu sau chịu tải rất lớn ( 69% ñến 70%) Dầm cầu sau phải có khả năng chịu tải rất lớn, phải có ñộ cứng vững cao ðồng thời với xe tải mỏ có trọng lượng tổng thể lớn thì dầm cầu ñúc cũng có khối lượng tương ñối nhỏ so với khối lượng tổng thể Do vậy ta lựa chọn dầm cầu dạng ñúc là hợp lý, nhằm ñảm bảo yêu cầu về khả năng tải mà giá thành

hạ và chế tạo ñơn giản

− Yêu cầu ñối với truyền lực chính

+ Phải ñảm bảo ñặc tính ñộng lực học và tính kinh tế nhiên liệu tối ưu cho ôtô với các tỷ số truyền ñã chọn

+ Có hiệu suất cao, làm việc êm dịu, không gây ồn

+ ðảm bảo khoảng sáng gầm xe ñủ lớn

+ ðảm bảo ñộ cứng vững của vỏ, các ổ và các trục của truyền lực chính

- Các loại truyền lực chính thường dùng trên xe tải

+ Truyền lực chính dùng trên xe tải lớn thông thường là truyền lực chính hai cấp tốc ñộ Vì loại truyền lực chính này có tỷ số truyền lớn, ñảm bảo khả năng kéo rất lớn của xe Cả hai cấp có thể ñặt ở trung tâm hoặc ñặt không tập trung

+ Truyền lực chính có thể là loại ñơn hoặc kép

− Loại ñơn là loại chỉ có một cặp bánh răng ăn khớp nên khả năng chịu tải kém, chỉ dùng trong xe con hoặc xe tải nhỏ

− Loại kép là loại có hai cặp bánh răng ăn khớp làm tăng khả năng chịu tải Loại này thường áp dụng cho xe tải trung bình và lớn

+ Ngoài ra thì truyền lực chính dùng cho xe tải còn ñược phân loại theo loại bánh răng ăn khớp:

− Loại bánh răng côn, răng cong

− Bộ truyền hypôit

b) Phân tích kết cấu, ưu nhược ñiểm, lựa chọn kết cấu thiết kế

- Truyền lực chính một cấp và hai cấp

Việc lựa chọn loại truyền lực chính phụ thuộc vào tỷ số truyền yêu cầu Do vậy,

ñể lựa chọn loại truyền lực chính trước tiên ta phải xác ñịnh sơ bộ tỷ số truyền của truyền lực chính:

0 max

+ nemax: số vòng quay cực ñại của ñộng cơ Theo ñộng cơ của xe

tham khảo ta có nemax=38,3 (1/s)

+ vmax: vận tốc lớn nhất của ôtô, theo xe tham khảo vmax= 18,3 (m/s)

+ icao : tỷ số truyền của hệ thống truyền lực tính từ ñộng cơ tới bánh răng

chủ ñộng của truyền lực chính, theo xe tham khảo icao= 0,75

ta chọn cách bố trí hai cấp không tập trung: một cấp ở trung tâm còn một cấp là truyền lực cạnh ñược bố trí trên ñường truyền từ vi sai tới bánh xe

Truyền lực cạnh có thể lựa chọn các phương án bố trí khác nhau như các sơ

ñồ dưới ñây:

Phân tích các sơ ñồ trên ta thấy

+ Bộ truyền lực bánh răng trụ ăn khớp ngoài (Hình 2.2.a), ñể có ñược tỷ số truyền lớn, làm việc với tải trọng lớn thì các bánh răng phải lớn Với cách bố trí này sẽ làm cho bộ truyền có kích thước lớn Do vậy nó không ñược sử dụng cho xe tải cỡ lớn

+ Bộ truyền bánh răng trụ ăn khớp trong (Hình 2.2.b) có tỷ số truyền lớn hơn

ăn khớp ngoài, có kết cấu gọn, ñơn giản, dễ chế tạo Tuy nhiên nó có nhược ñiểm

là chiếm nhiều không gian trong tang trống nên khó bố trí hệ thống phanh và moayơ bánh xe Do ñó ta không chọn phương án này

+ Truyền ñộng hành tinh bánh răng trụ (Hình 2.2.c,d):

Với phương án này thì có rất nhiều ưu ñiểm: rất nhỏ, gọn, có thể bố trí bên trong tang trống, có tỷ số truyền lớn, có khả năng chịu tải lớn do nhiều bánh răng

Hình 2.2: Các sơ ñồ truyền lực cạnh

Tuy nhiên ta chọn phương án truyền ñộng có vành bao cố ñịnh như hình 2.2.c

vì nó có tỷ số truyền lớn nhất trong ba phương án trên Trong thực tế phương án này ñược sử dụng rộng rãi cho xe tải lớn Phương án này, bộ truyền là cơ cấu hành tinh hai bậc tự do Ta nối cứng vành răng ngoại luân vào dầm cầu Mômen xoắn truyền từ bán trục tới bánh răng mặt trời Do vành răng ngoại luân cố ñịnh nên mômen ñược truyền tới giá hành tinh tới mayơ bánh xe

- Chọn loại bánh răng cho truyền lực chính trung tâm

Chúng ta có thể sử dụng một trong các bộ truyền theo sơ ñồ hình 2.3

e

+ Bộ truyền bánh răng côn, răng thẳng

Có ưu ñiểm là dễ chế tạo, giá thành hạ, bố trí ñơn giản Tuy nhiên nó có khuyết ñiểm quan trọng là ăn khớp không êm ñặc biệt là khi chạy với tốc ñộ lớn thì rất ồn, khả năng chịu tải rất kém do chỉ có một răng ăn khớp Hiện nay nó hầu như không ñược sử dụng

+ Bộ truyền bánh răng côn, răng cong

Tỷ số truyền tăng lên nhiều mà không cần tăng kích thước của bánh răng bị ñộng, giảm kích thước và trọng lượng cầu chủ ñộng, tăng khoảng sáng gầm xe Bộ

Hình 2.3: Sơ ñồ truyền lực chính

truyền bánh răng côn, răng cong còn làm việc rất êm ñịu do các răng ăn khớp từ từ, nhiều răng ăn khớp cùng một lúc Nhược ñiểm lớn nhất của bộ truyền loại này là lực dọc trục lớn, ảnh hưởng tới các ổ ñỡ, chặn

+ Bộ truyền bánh răng hypôit

Bộ truyền hypôit ngoài các ưu ñiểm như bộ truyền bánh răng côn xoắn, thì

nó có khả năng tải lớn hơn Tuy nhiên, bộ truyền hypôit chế tạo rất phức tạp, giá thành cao, phải có ñiều kiện bôi trơn với dầu bôi trơn ñặc biệt có hiệu suất thấp do

có sự trượt tương ñối

Trong trường hợp này, do ta ñã chọn phương án sử dụng truyền lực cạnh, nên tải trọng ở truyền lực cạnh không quá lớn, ñồng thời xe thường xuyên làm việc

ở tốc ñộ thấp nên ta chọn truyền lực chính kiểu bánh rằng côn xoắn với mục ñích giảm giá thành mà vẫn ñảm bảo yêu cầu kỹ thuật

Như vậy ta ñược truyền lực chính và truyền lực cạnh như sơ ñồ sau

Hình 2.4: Sơ ñồ bộ truyền lựa chọn

- Yêu cầu ñối với vi sai

Khi thiết kế bộ truyền vi sai cần thiết phải chú ý tới việc ñảm bảo các yêu cầu sau:

+ Phân phối mômen xoắn giữa các bánh xe theo tỷ lệ nhằm ñảm bảo sử dụng trọng lượng bám tốt nhất với mọi chế ñộ làm việc

+ Kích thước truyền ñộng phải nhỏ, gọn

+ Hiệu suất truyền ñộng phải lớn

+ Làm việc phải êm

- Phân loại

Theo kết cấu thì bộ vi sai có các loại thường dùng trên xe tải sau:

+ Vi sai với các bánh răng côn

+ Vi sai với các bánh răng trụ

Theo ñặc tính phân phối mômen xoắn thì bộ vi sai có hai loại:

+ Mômen xoắn phân phối ñều ra các trục: vi sai ñối xứng

+ Mômen xoắn phân phối ra các trục không ñều nhau: vi sai không ñối xứng b) Phân tích lựa chọn kết cấu

Vi sai với các bánh răng trụ thì làm việc ồn, khả năng chịu tải kém, bố trí phức tạp Trên thực tế người ta rất ít dùng

Vi sai bánh răng côn làm việc êm, hiệu suất cao, chịu tải tốt, ñơn giản trong kết cấu, giá thành hạ nên ñang ñược sử dụng rộng rãi trong thực tế

ðể ñơn giản trong kết cấu nên sử dụng loại vi sai bánh răng côn ñối xứng và không tăng ma sát ñể tăng tuổi thọ của các chi tiết

Bộ truyền vi sai lựa chọn là bộ truyền vi sai bánh răng côn răng thẳng, ñối xứng và không tăng ma sát như sơ ñồ dưới ñây:

Nguyên lý

- Khi xe chuyển ñộng trong ñiều kiện bình thường, mômen xoắn truyền tới

vỏ vi sai, thông qua các bánh răng vi sai tới các bánh răng bán trục Mômen xoắn ñược truyền tới bánh xe chủ ñộng thông qua bán trục

- Khi cản ở hai bên bánh xe khác nhau hoặc quay vòng thì bánh răng vi sai

có thể quay xung quanh trục của nó, làm cho hai bên bánh xe có thể quay với tốc ñộ khác nhau

2.2.4 BÁN TRỤC

a) Công dụng, yêu cầu và phân loại

Trong ôtô với hệ thống treo phụ thuộc (dầm cầu cứng) thì truyền ñộng ñến các bánh xe chủ ñộng là các bán trục

Trên xe tải người ta thường sử dụng hai loại bán trục sau:

- Bán trục giảm tải 3/4 : Với loại này, trong trạng thái làm việc bình thường thì bán trục chỉ chịu tác dụng của mômen xoắn Nhưng khi các ổ bi bị mòn xuất hiện lực tác dụng khác (Hình 2.6.a)

- Bán trục giảm tải hoàn toàn: Bán trục chỉ chịu tác dụng của mômen xoắn Ngày nay người ta sử dụng loại này là chủ yếu Do vậy ta chọn loại bán trục này Với loại này thì bán trục ñược bố trí (Hình 2.6.b)

ñộ cứng vững cao nhất có thể Cách bố trí ổ bi ñũa côn ñược tiến hành theo nguyên tắc sau:

- ðối với kế cấu dạng công xôn (như truyền lực chính): Thì mục tiêu của chúng ta là làm giảm chiều dài tương ñối của ñoạn công xôn so với khoảng cách giữa hai ổ Do vậy ta chọn cách bố trí như Hình 2.7.a

- ðối với các kết cấu dạng dầm như Hình 2.7.b thì ta mong muốn giảm khoảng cách L, do vậy ta bố trí như hình dưới ñể tăng ñộ cứng vững

Với hai nguyên tắc trên thì trong từng trường hợp cụ thể ta có cách bố trí tương ứng

Hình 2.7: Sơ ñồ bố trí ổ bi

CHƯƠNG III

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CÁC CỤM CHI TIẾT

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CẦU CHỦ ðỘNG

Nội dung tính toán cầu chủ ñộng bao gồm 5 phần cơ bản sau:

− Thiết kế truyền lực chính

− Thiết kế vi sai

− Thiết kế bán trục

− Thiết kế dầm cầu

− Thiết kế truyền lực cạnh(truyền lực hành tinh)

Trong quá trình tính toán thiết kế cầu chủ ñộng có sử dụng các thông số ñầu vào và kết cấu ñầu vào lấy theo xe tham khảo là xe vận tải mỏ CAT 773E

3.1 THIẾT KẾ TRUYỀN LỰC CHÍNH

Truyền lực chính thiết kế là một bộ truyền bánh răng côn xoắn, do vậy quá trình tính toán thiết kế ñược tiến hành theo các bước sau:

a) Yêu cầu

Truyền lực chính thiết kế phải ñảm bảo các yêu cầu sau:

- Phải ñảm bảo có tỷ số truyền cần thiết, nâng cao chất lượng kéo và tính kinh

tế nhiên liệu

- ðảm bảo ñộng học và ñộng lực học của xe

- Có kích thước không lớn ñể tăng khoảng sáng gầm xe, khối lượng nhỏ nhằm

giảm khối lượng không ñược treo

- ðảm bảo ñộ cứng vững tốt, làm việc không ồn và có tuổi thọ cao

- Hiệu suất truyền ñộng cao

b) Chế ñộ tải trọng tính toán

Với xe thiết kế là xe có một cầu chủ ñộng, do vậy tải trọng tính toán ñược xác ñịnh theo mômen bám:

- ϕmax: hệ số bám cực ñại ϕmax lấy bằng 0,7÷ 0,85 Do xe làm việc ở mỏ

có nền ñường yếu nên chọn ϕmax= 0,7

- rbx: bán kính bánh xe ñược xác ñịnh theo bánh xe của xe tham khảo:

Theo xe tham khảo thì ta sử dụng loại lốp 24.00R35

- i0 : tỷ số truyền của cầu chủ ñộng, i0 =17,48

Thay các giá trị trên vào công thức (3.1) ta ñược:

M =(0,5÷0,6)Mtt Chọn tb

tt

M =0,6Mtt=16059 (Nm) c) Chọn các kích thước truyền lực chính

Các kích thước của bộ truyền lực chính lần lượt ñược xác ñịnh như sau:

- Chọn số răng bánh răng chủ ñộng Z : do cầu chủ ñộng có hai cấp, trong xe

tải lớn nên ta chọn số răng tăng lên, chọn Z1=13(răng)

- Chọn tỷ số truyền của truyền lực chính:

Ở trên ta có tỷ số truyền của cầu chủ ñộng là i0=i01i02= 17,48

Trong ñó:

+ i01: tỷ số truyền của truyền lực chính trung tâm, chọn sơ bộ

i01= 3,6 Khi ñó số răng của bánh răng bị ñộng là:

Z2=i01Z1=3,6.13= 46,8

Chọn Z2= 47(răng)

⇒ 2

01 1

3, 62

Z i Z

+ i02: tỷ số truyền của truyền lực hành tinh

⇒ 0

01 01

4,82

i i i

- Chọn chiều xoắn và góc xoắn của răng

+ Chọn chiều xoắn của bánh chủ ñộng sao cho lực chiều trục của nó có chiều hướng về phía ñáy của bánh răng ñể ñẩy bánh răng chủ ñộng ra khỏi bánh răng bị ñộng (chống bó kẹt răng) Muốn vậy khi ôtô chuyển ñộng tiến, bánh răng chủ ñộng quay theo chiều kim ñồng hồ nếu nhìn từ ñộng cơ xuống, khi ñó chiều xoắn của răng phải là xoắn trái ( tức là răng càng xa ta khi ñi về bên trái), tức là răng có chiều xoắn ngược chiều với chiều quay

+ Chọn góc xoắn của răng:

Do xe thiết kế là xe tải lớn nên góc xoắn của bánh răng truyền lực chính là:β= (350 - 450) ðể tăng hiệu suất của bộ truyền chọn sơ bộ góc xoắn nhỏ:β= 350

- Xác ñịnh sơ bộ môñun pháp tuyến mn

Muốn xác ñịnh môñun pháp tuyến, trước tiên ta phải chọn sơ bộ chiều dài L của ñường sinh L ñược chọn sơ bộ theo ñồ thị quan hệ giửa Mtt và L:

L = 330 (mm)

Khi ñó môñun pháp tuyến ñược xác ñịnh sơ bộ như sau:

Chọn theo dãy tiêu chuẩn về môñun (TL): mn=10 (mm)

Khi ñó góc β ñược xác ñịnh chính xác như sau:

Các thông số hình học khác ñược xác ñịnh theo bảng dưới ñây:

17 Chiều dày răng ở ñáy lớn

d) Tính bền bánh răng theo uốn và tiếp xúc

Ta chọn vật liệu chế tạo truyền lực chính là thép hợp kim trung bình 15HM ñược tôi trong dầu sau khi ñược thấm các bon Chiều dày lớp thấm là 2mm, ñộ cứng HRC65 Việc tính bền cho bánh răng cho truyền lực chính chỉ cần tính cho bánh răng nhỏ, tức là tính cho bánh răng chủ ñộng vì bánh răng bị ñộng lớn hơn nên nếu hỏng thì hỏng bánh răng nhỏ trước Ta có sơ ñồ lực tác dụng lên bánh răng chủ ñộng truyền lực chính như sau:

3

tt d u

cos cosδ β cos cos

Tra bảng VII-2 [TL1] ta ñược y = 0,415

+ ts: bước răng ở ñáy lớn ts= 31,4 (mm)

+λ: là hệ số xác ñịnh như sau:

330 132 0, 6

330

L b L

Vậy ñộ bền uốn ñược ñảm bảo

- Kiểm tra áp lực riêng trên bề mặt răng:

Áp lực riêng tác dụng lên bề mặt răng ñược xác ñịnh theo công thức:

1

tt t

M cos K

- Tính ứng suất tiếp xúc ñặc trưng cho sự mòn bề mặt răng:

Ứng suất tiếp xúc tác dụng lên bề mặt răng ñược xác ñịnh theo công thức VII–17 [TL I]:

M

+ E : môñun ñàn hồi của vật liệu lấy bằng: E = 20.1010 N/m2

+ rtd1, rtd2: bán kính tương ñương của bánh răng chủ ñộng và bánh răng

bị ñộng xác ñịnh theo công thức sau:

2 x

td

r r

cos βcosδ

( rx bán kính trung bình của bánh răng côn)

Thay các giá trị vào ta ñược:

Như vậy bộ truyền ñảm bảo ñộ bền tiếp xúc

3.2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN VI SAI

Do trong hệ thống truyền lực của xe có sử dụng hộp số tự ñộng nên quá trình tăng mômen ở bánh xe êm dịu hơn, tránh phá nền ñường yếu, các hoa lốp bám chặt vào nền ñường, tăng hệ số bám Vì vậy ta chọn cho xe bộ vi sai bánh răng côn, ñối xứng, răng thẳng, không tăng ma sát với 4 bánh răng hành tinh Kích thước của vi sai phải ñảm bảo yêu cầu nằm gọn trong bánh răng lớn của truyền lực chính, từ ñó

ta tính các kích thước của các phần còn lại Quá trình thiết kế tính toán bộ truyền vi sai ñược thực hiện theo các bước sau

a) Xác ñịnh kích thước vi sai

- Xác ñịnh sơ bộ các kích thước cơ bản

+ Chọn sơ bộ môñun của các bánh răng vi sai theo kinh nghiệm:

m = 6(mm)

+ Chọn số răng của bánh răng bán trục theo yêu cầu: nằm ngọn trong bánh răng bị ñộng của truyền lực chính Tại vòng ñỉnh của bánh răng bán trục thì ñường kính vòng ñỉnh của bánh răng bán trục ñược xác ñịnh theo kinh nghiệm như sau:

de= (0,3÷0,35)De Chọn: de= 0,3De= 0,3.641,5 = 192,5 (mm)

+ Số răng của bánh răng bán trục Zb:

192,5 32,1

6

e b

d Z m

Z Z i

Chọn Zh = 25

b) Các thông số hình học của bộ truyền vi sai

π

18 ðk vòng chân răng ñáy

c) TÝnh bÒn bé truyÒn vi sai

Trong quá trình tính toán bền cho bộ vi sai thì tải trọng tính toán ñược xác ñịnh

theo mômen cực ñại phân bố lên một bánh răng bán trục, ñược xác ñịnh nhỏ hơn hoặc bằng 0,6 mômen tính toán của truyền lực chính:

+ Lực vòng tác dụng lên bánh răng hành tinh là:

vs vs

M P

- Tính toán ứng suất uốn

Ứng suất uốn tác dụng lên răng của bánh răng vi sai ñược xác ñịnh theo công thức sau:

s

P k h b bt

Như vậy bánh răng ñảm bảo ñộ bền uốn

Hình 3.3: Sơ ñồ tính toán bền trong vi sai côn

- Tắnh toán ứng suất tiếp xúc:

Ứng suất tiếp xúc tác dụng lên bề mặt răng ựược xác ựịnh theo công thức sau:

tb tt

M

+ E : môựun ựàn hồi của vật liệu lấy bằng: E=20.1010 N/m2

+ rtd1, rtd2: bán kắnh tương ựương của bánh răng chủ ựộng và bánh răng

bị ựộng xác ựịnh theo công thức sau:

x

td

r r cosδ

( rx bán kắnh trung bình của bánh răng côn)

Thay các giá trị vào ta ựược: rtd1= 80 mm; rtd2= 140 mm

Như vậy bộ truyền ựảm bảo ựộ bền tiếp xúc

- Tắnh toán ứng suất cắt và ứng suất chèn dập:

Khi thiết kế vi sai, ngoài việc cần ựảm bảo ứng suất uốn và tiếp xúc ở bề mặt răng, ta còn phải ựảm bảo ứng suất chèn và cắt ở các bề mặt bánh răng, trục và vỏ vi sai đó là cơ sở ựể chọn các kắch thước còn lại của vi sai Các kắch thước ựược biểu diễn theo hình vẽ trên

1 Ứng suất chèn dập σcd1 sinh ra giữa trục bánh răng hành tinh và lỗ bánh răng hành tinh:

1

1 5 1

vs cd

+ d5: ñường kính trục chữ thập, tư ñường kính bánh răng vi sai ta

Như vậy ñộ bền chèn dập giữa trục chữ thập và lỗ bánh răng hành tinh ñảm bảo

2 Ứng suất chèn dập σcd2 sinh ra giữa trục chữ thập và vỏ vi sai:

2

2 5 2

vs cd

M

qr d l

σ = Trong ñó: + các kích thước thể hiện trên hình vẽ (Hình 3.3)

+ l2: chiều day bệ ñỡ trục chữ thập trên vỏ vi sai Chon l2=25mm

Thay các giá trị vào ta có:

Q

σπ

=

−

Trong ñó ta có các kích thước d1, d6 như hình trên, chọn theo ñường kính trục chữ thập và ñường kính bánh răng hành tinh: d1=80mm; d6= 32mm

Như vậy ñộ bền dập σcd3 sinh ra giữa ñáy bánh răng hành tinh và vỏ vi sai do

Qvs gây nên ñảm bảo ñộ bền dập

4 Ứng suất chèn dập σcd4 sinh ra giữa ñáy bánh răng bán trục và vỏ vi sai do Rvsgây nên:

R

σπ

vs

P

N m d

3.3 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN BÁN TRỤC VÀ DẦM CẦU

a) Chế ñộ tải tính toán cho bán trục và dầm cầu

Tải trọng tính toán cho bán trục và dầm cầu ñược xác ñịnh theo 3 chế ñộ:

+ Khi ôtô chuyển ñộng thẳng chịu lực dọc cực ñại Xmax

+ Khi ôtô bị trượt ngang hoàn toàn chịu lực bên cực ñại Ymax

+ Khi có tải trọng ñộng thẳng ñứng tác dụng lớn nhất Zmax(xuất hiện

khi ñóng ly hợp ñột ngột)

- Khi ôtô chuyển ñộng thẳng chịu lực dọc cực ñại Xmax (xem hình 3.4)

Khi ôtô chuyển ñộng thẳng tính theo trường hợp tăng tốc lớn nhất

+ Phản lực Zbx tác dụng lên bánh xe ñược xác ñịnh theo trạng thái cầu sau

- Xác ñịnh lực dọc cực ñại tác dụng lên bánh xe Xmax:

Lực dọc cực ñại Xmax tính theo bám:

max bx max

- Khi ôtô bị trượt ngang hoàn toàn (xem hình 3.5)

Lực bên Yk tác dụng lên bánh xe khi bị trượt ngang hoàn toàn, giả sử các lực ngang ñược thể hiện như hình vẽ Khi ñó phản lực thẳng ñứng Zt và Zp tác dụng lên bánh xe sau bên trái và bên phải ñược xác ñịnh như sau:

Z

B ϕ

Trong ñó:

+ G2t: tải trọng tĩnh tác dụng lên cầu sau

+ hg: chiều cao trọng tâm của xe, lấy theo xe tham khảo: hg=2325 (mm)

+ B : Chiều rộng cơ sở của xe lấy theo xe tham khảo: B=3275 (mm)