Đồ án hộp phân phối và vi sai ma sát (kèm bản vẽ)

Đáp ứng nhu cầu thực tếviệc tính toán thiết kế ra một hệ thống có thể giải quyết đợc những vấn đề trên làrất đợc quan tâm, trong đó sự tham gia của hệ thống truyền lực có hộp phân phối đ

Lời nói đầu

Trong xu thế phát triển hiện nay ngành công nghiệp ô tô đặt ra nhiều vấn đề cần

về việc cải tiến và thiết kế mới nhằn đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao về kĩthuật, công nghệ, kinh tế và môi trờng và điều kiện đờng xá Bên cạnh đó việcứng dụng cơ điện tử trên ô tô hiện nay rất đợc chú trọng Đáp ứng nhu cầu thực tếviệc tính toán thiết kế ra một hệ thống có thể giải quyết đợc những vấn đề trên làrất đợc quan tâm, trong đó sự tham gia của hệ thống truyền lực có hộp phân phối

điều khiển điện tử có vai trò khá quan trọng Hộp phân phối góp phần làm cho

xe cơ động và ổn định hơn nhờ việc phân phối mô men phù hợp ra hai cầu, ngoài

ra nó còn góp phần tiết kiệm nhiên liệu, phù hợp địa hình giao thông Việt nam vàbảo vệ môi trờng là những vấn đề nóng ngày nay, với việc điều khiển bằng cơ

điện tử nó sẽ hoạt động tốt hơn và mang lại những hiệu quả nhất định Dựa trênnền tảng lí thuyết đợc học và sự hớng dẫn của thầy giáo em đã thiết kế và lựachọn hộp phân phối có vi sai và khớp ma sát điều khiển điện tử trên xe con 05chỗ ngồi AWD có ABS

Mục đích chính của đề tài là trong hộp phân phối có bố trí vi sai và khớp ma sát

đợc điều khiển điện tử, hệ thống điều khiển liên hợp giữa ABS và ASR giúp xevận hành ổn định trên đờng xấu tính cơ động nâng cao Phục vụ xe có ABS và

điều khiển lực kéo kết hợp với hệ thống phanh ABS có tất cả các bánh xe chủ

động cần phải điều khiển: công suất động cơ, điều khiển phân phối mô men racác cầu, điều khiển độ trợt theo chứ năng ABS, điều khiển theo chế độ SH(selecthight) để đảm bảo khả năng cơ động của xe, hộp phân phối đợc bố trí thêm cáckhớp ma sát có “Traction”

Nội dung đề tài bao gồm nghiên cứu cách bố trí chung hệ thống truyền lực trên

xe con 5 chỗ, từ đó lựa chọn một phơng án phù hợp để bố trí hộp phân phối saocho xe có thể đáp ứng những tiêu chuẩn của dồng xe AWD hiện đại Tính toán

động học, động lực học cho xe với các thông số tham khảo phù hợp, lựa chọn

ph-ơng án thiết kế cơ khí cho hộp phân phối một cấp số truyền có vi sai và khớp masát, các chi tiết đợc tính toán và chọn lựa sao cho phù hợp với kết cấu lựa chọn

đảm bảo cho thuận lợi việc lắp ráp và sử dụng Các chi tiết cấu thành nên đã đợcgia công nh thế nào, nhng trong giới hạn đồ án em chỉ đa ra phơng án gia côngmột chi tiết chính cũng là mục đích của đề tài trong hộp phân phối Vấn đề đặt ra

là làm sao điều khiển hộp phân phối và điều khiển nh thế nào khi hệ thống làmviệc toàn thời gian ”Fulltimes”, để giải quyết vấn đề trên ta lựa chọn hệ thống

điều khiển vi sai và khớp ma sát của hộp phân phối, ngày nay việc một số hệ

thống hay chi tiết đa vào chuẩn mực nhất định có thể lắp ráp trên nhiều dòng xekhi nhà sản xuất chỉ cần điều chỉnh một module là có thể sản xuất ra đợc theoyêu cầu đa ra Trên cơ sở đó phơng án điều khiển đợc xây dựng phù hợp với yêucầu đặt ra.

Trong thời gian cho phép để thực hiện đề tài em đã đợc thầy giáo Nguyễn KhắcTrai tận tình hớng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em hoàn thành kế hoạch, em xin chânthành cảm ơn thầy

Em xin cảm ơn thầy giáo Phạm Huy Hờng đã dành thời gian duyệt đồ án của em,xin cảm ơn các thầy giáo trong bộ môn Ôtô và xe chuyên dụng đã cho em nhữngkiến thức phục vụ cho giải quyết đồ án và công việc sau này Em xin chân thànhcảm ơn các thầy giáo

Chơng i: lựa chọn và tính toán sức kéo trên ô tô con 05

CHỗ Awd

A Phơng án lựa chọn sơ đồ AWD:

1 Khái quát hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực (HTTL) của ô tô là tập hợp tất cả các cơ câu nối từ động

cơ tới các bánh xe chủ động, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi chiều quay vàbiến đổi giá trị mô men truyền

* HTTL có nhiêm vụ cơ bản:

- Truyền, biến đổi mômen quay và số vòng quay từ động cơ tới bánh xe chủ

động, sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ và mômen cản sinh ratrong quá trình ôtô chuyển động

- Cắt dòng truyền mômen trong thời gian ngắn hoặc dài

- Thực hiện đổi chiều chuyển động nhằm tạo nên chuyển động lùi cho ôtô

2

- Tạo khả năng chuyển động mềm mại và tính năng việt dã cần thiết trên ờng.

Trong sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô thế giới, các hệ thống trên ôtô

đã không ngừng đợc hoàn thiện Hệ thống truyền lực cũng không nằm ngoài quyluật đó Mục đích của sự biến đổi hoàn thiện là nhằm : Giảm tiêu hao nhiên liệu,tăng công suất, giảm độ ồn, tăng tốc độ lớn nhất của động cơ, sử dụng tốt nhấtcông suất động cơ sinh ra và tạo sự thuận lợi, đơn giản cho ngời lái

2 Phân loại:

2.1- Phân loại theo hình thức truyền năng l ợng :

- Hệ thống truyền lực cơ khí bao gồm các truyền ma sát, các hộp biến tốc,hộp phân phối, truyền động các đăng, loại này đợc dùng phổ biến

- Hệ thống truyền lực cơ khí thuỷ lực bao gồm các bộ truyền cơ khí, bộtruyền thuỷ lực

- Hệ thống truyền lực điện từ bao gồm nguồn điện, các động cơ điện, rơle

2.2 Phân chia theo đặc điểm biến đổi các số truyền

Phân chia theo đặc điểm biến đổi các số truyền :

- Truyền lực có cấp : là truyền lực có các tỷ số truyền cố định, việc thay

đổi số truyền theo dạng bậc thang

- Truyền lực vô cấp : là truyền lực có tỷ số truyền biến đổi liên tục tuỳthuộc vào chế độ làm việc của động cơ và mômen cản từ mặt đờng.2.3 Phân chia theo ph ơng pháp điều khiển thay đổi tốc độ

- Hệ thống truyền lực cơ khí có cấp điều khiển bằng cần số ( manualtransmissions ).

- Hệ thống truyền lực cơ khí thuỷ lực điều khiển tự động (AutomaticTransmissions )

3 Bố trí chung thờng gặp trên ô tô con hiện nay:

3.1) Động cơ đặt trớc, cầu trớc thờng xuyên chủ động, cầu sau chủ động trongmột số điều kiện loại xe(AWD):

Với loại này thì tất cả các bánh xe đều đợc dẫn động(AWD) và dẫn độngthông qua hộp phân phối Nếu căn cứ vào phạm vi sử dụng thì có thể phân thànhloại chạy trên địa hình phức tạp và loại chạy trên địa hình bằng phẳng Điểm đặctrng của xe AWD là có bộ vi sai phía trớc và phía sau Mục đích là để triệt tiêu sựchênh lệch về tốc độ của các bánh xe khi vào đờng vòng

* Đối với loại AWD các hệ thống truyền lực phía trớc và phía sau nối trực tiếpvới nhau không thông qua bộ vi sai trung tâm, do đó không triệt tiêu đợc sựchênh lệch về tốc độ của các bánh phía trớc và phía sau Nên khi xe quay vònggấp theo chế độ 4WD, thờng phanh rất khó và quay vòng không đợc êm, nhngtheo chế độ AWD thì sẽ tốt hơn

Để đảm bảo tính điều khiển ổn định trong khi chạy ở các điều kiện đờng xákhác nhau, ở loại 4WD thờng xuyên ngời ta còn bố trí thêm một khớp mền làmcho xe thích hợp hơn ở chế độ 2WD khi không có sự chênh lệch về tốc độ giữabánh trớc và bánh sau Khi xe vào đờng gồ ghề, đờng có tuyết (đờng xấu) xuấthiện sự chênh lệch về tốc độ giữa bánh trớc và bánh sau thì hệ thống này lập tứctruyền lực dẫn động từ bánh trớc tới bánh sau giúp xe chuyển động êm ái

4

Hệ thống truyền lực AWD động cơ đặt ngang.

Hình1.1 AWD loại động cơ đặt ngang

Các xe AWD loại này cũng không có bộ vi sai trung tâm nên khi không gàihộp hộp phân phối thì công suất truyền trực tiếp lên cầu trớc qua bộ vi sai trớc,còn khi gài hộp số phụ thì công suất truyền ra cả hai cầu thông qua bộ vi sai trớc

đến cả bộ vi sai trớc và bộ vi sai sau

*Ưu điểm của xe AWD:

Tiêu chuẩn đặt ra của một chiếc ô tô là có thể chạy trên nhiều loại đờng xá khácnhau, từ địa hình bằng phẳng cho đến địa hình gồ ghề, có tuyết hoặc có bề mặtthay đổi do thời tiết.

Cách tốt nhất để chạy trên đờng gồ ghề là có cả bốn bánh đều đợc truyền lực

Về mặt này thì xe thì xe AWD có u điểm vợt trội hơn các xe 2WD

+ AWD dùng để chỉ các xe dẫn động tất cả các bánh tại mọi thời điểm và không

có chế độ “Low” hay “High” nh xe 4WD chủ yếu dùng cho xe thể thao SUV liênquan đến khả năng vợt địa hình thì AWD lại quen thuộc với các xe Sedan,Wagon, đa dụng Minivan, AWD có ý nghĩa giúp cải thiện đọ bám đờng trong

điều kiện thời tiết xấu Một vì mẫu nh lexus RX330 là ví dụ điển hình mặc dù làdòng SUV nhng lại dùng AWD thay vì 4WD, vì thế ngời ta gọi kiểu xe là

“Crossover”

+chữ “ All- tất cả” trong từ All-Wheel drive có một chút mâu thuẫn và dễ gayhiểu lầm khi mà hiện nay hầu hết các xe AWD có khả năng phân bổ toàn bộ côngsuất xuống bánh sau khi phất hiện bánh trớc bị trợt Những chiếc Subarru hayChrysler có thể đi trên đờng trơn trợt một cách thoải mái vì chúng có thể chuyểncông suất từ bánh bị trợt (mất độ bám đờng) sang bánh không bị trợt

*Nhợc điểm của xe AWD:

Để sự chuyển động trên đờng của xe “mềm mại” trên đờng, giá trị mômen

ma sát lớn nhất truyền qua khớp ma sát của hộp phân phối đợc chế tạo khôngcao, do vậy xe này không có khả năng việt dã cao trên đờng xấu, khi sử dụngcần chú ý để sử dụng xe đúng mục đích, và đảm bảo tuổi thọ xe

+ Ngoài ra xe AWD còn có những nhợc điểm dễ nhận thấy là do cấu tạo phứctạp: Có thêm hộp phân phối, trục các đăng, bộ vi sai làm tăng trọng lợng của xe,tăng số nguồn phát sinh rung động và tiếng ồn, tăng giá thành sản phẩm, chúngcòn làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu bởi tăng sức cản gió do cồng kềnh

4 Phơng án lựa chọn thiết kế:

Chỉ tiêu đặt ra của một chiếc ô tô là có thể chạy trên nhiều loại đờng xá khácnhau, từ địa hình bằng phẳng cho đến địa hình gồ ghề, có tuyết, những bề mặt đ-ờng thay đổi do thời tiết Về mặt này thì các xe AWD có u điểm hơn hẳn các xe2WD Nên trên các ô tô hiện đại ngày nay thờng chế tạo các xe kiểu AWD.Trong các xe AWD thì em thấy xe AWD có động cơ đặt dọc nên sử dụng bộtruyền bánh răng trụ thay thế cho bộ truyền bánh răng côn Trong đồ án này, dothời gian ngắn nên em chỉ đi sâu vào nghiên cứu HTTL kiểu AWD loại động cơ

đặt dọc tức là động cơ đặt dọc phía trớc, không có bộ vi sai trung tâm

*Bố trí nh hình vẽ: 1.Động cơ, 2.Hộp số, 3.Hộp phân phối, 4.Vi sai trớc,

5.Vi sai sau

6

F - Diện tích cản chính diện của ôtô (m2): F = B.H.m

B - Chiều rộng lớn nhất của xe, B = R = 1,705 (m)

H - Chiều cao lớn nhất của ôtô tính từ mặt đờng đến điểm cao nhất của ôtô,

* Đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

+ Đờng biểu diễn công suất của động cơ và đờng biểu diễn mô men xoắncủa động cơ: trong đó Ne, Me có thể tinh toán nhng cũng có thể theo đồ thị

2 Xác định tỉ số truyền của hệ thống truyền lực:

Tỉ số truyền của truyền lực chính đợc xác định theo công thức :

it = ih.if.i0

Trong đó :

it : Tỉ số truyền của hộp số chính

if : Tỉ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối

i0 : Tỉ số truyền của truyền lực chính

a Xác định tỉ số truyền của truyền lực chính(i 0 ):

Tỉ số truyền của truyền lực chính i0 đợc xác định từ điều kiện đảm bảo cho ôtô

đạt đợc vận tốc lớn nhất :

i0 = 0,377

max

.i v i

n r

hn fc

v b

d : đờng kính vành bánh xe; d = 16.25,4 = 406mm → r0 = 133 + 406/2 = 336mm

λ : hệ số kể đến sự biến dạng của lốp λ = 0,93

→ rb = 0,93.336 = 0,312m

nv : số vòng quay của trục khuỷu động cơ ứng với vận tốc lớn nhất của ôtô với nv = ne max = 5000v/ph

Vmax = 50m/s là vận tốc lớn nhất của ôtô(m/s)

ifc : tỉ số truyền hộp phân phối: ifc = 1,25 Ta chọn tỉ số truyền này nhằm giảm bớttải cho truyền lực chính, phân phối mô men ra các cầu xe một cách hiệu quả nhất

và nâng cao khoảng sáng gầm xe

ihn : tỉ số truyền của hộp số chính ở số truyền tăng : ihn = 0,77

Nh vậy: i0 = 0,377

200 77 , 0 25 , 1

5000 312 ,

b Xác định tỉ số truyền của hộp số chính:

1 - xác định tỉ số truyền ở số truyền 1:

10

Trị số của tỉ số ih1 đợc xác định theo điều kiện cần và đủ để ôtô khắcphục đợc lực cản lớn nhất và bánh xe chủ động không bị trợt quay trongmọi điều kiện chuyển động

Pk1max ≥ Pcan max

Pk1max ≤ Pϕ

⇒ ih1≥ max

max 0

.

ϕ η

- khi không tải: Cầu trớc 61%; Cầu sau 39%

- khi đầy tải: Cầu trớc 49%; Cầu sau 51%

Gt=19500 N; khi đầy tải thì trọng lợng tác dụng lên cầu sau là: G2

=19500.51%= 9945N Hệ số mk = 1,3

Gb = mk.G2= 12928 (N): trọng lợng bám đặt lên bánh xe chủ động

Memax= 265N.m - mômen xoắn max của động cơ

ϕ - Chọn theo bảng VI trang 20 sách hớng dẫn, chọn theo điều kiện tốt: Đờngnhựa, khô, sạch →ϕ = 0,80

Từ hai điều kiện trên và theo nguyên tắc chọn ih1sát điều kiện cản

Chọn ih1= 3,2

2- Xác định tỉ số truyền của các số truyền trung gian:

Chọn số cấp trong hộp số: Hộp số cơ khí, số cấp số tiến n = 6, một số lùi

Tỉ số truyền của các số truyền trung gian chọn theo qui luật cấp số nhân:

ih6 = 0,77 thờng trị số truyền tăng nằm trong khoảng 0,7 ** 0,85

3- Tỉ số truyền của số lùi:

Trị số của tỉ số truyền lùi đợc chọn lớn hơn trị số của số truyền 1:

ne biến thiên từ nemin .. nemax

Bảng 2- Tính vận tốc của ôtô theo các số truyền :

II xây dựng đồ thị các chỉ tiêu động lực học của ôtô.

1- Xác định chỉ tiêu về công suất:

Phơng trình cân bằng công suất

Trờng hợp ôtô tổng quát ôtô làm việc trên dốc nghiêng

Nk= Nf+ Nw± Ni ± Nj Trong đó: Nk- Công suất kéo ở bánh xe chủ động, đợc xác định theo côngthức : Nk=Ne- Nr= Ne.ηt

Nf- Công suất tiêu hao cho cản lăn: Nf = G.f.v.cosα (W)

Trong đó góc α= 00(khi xe chạy trên đờng bằng)

Ni- Công suất tiêu hao cho cản lên dốc: Ni= G.v.sinα(W)

Nω- Công suất tiêu hao cho cản không khí: Nω=k.F.V3(W)

Nj- Công suất tiêu hao cho cản quán tính khi tăng tốc: Nj= v j

g

G

i .

δi- Hệ số tính đến ảnh hởng của các khối lợng quay trong động cơ, hệ

thống truyền lực và các bánh xe; j - là gia tốc ôtô

Bảng3 Tính công suất của ôtô

Nhận xét:

Qua đồ thị cân bằng công suất (Hình1) và đồ thị thể hiện đờng đặc tính ngoài tathấy đợc tơng quan giữa công suất kéo của các bánh xe chủ động với công suấtcủa các lực cản chuyển động đồng thời cũng cho ta thấy đựơc mức độ sử dụngcông suất của động cơ

moóc), trên đờng bằng α = 0 → e 0 f h t

b

M i i i r

η

=

312 , 0

97 , 0 25 , 1 05 , 3

§å thÞ c©n b»ng lùc kÐo.

* Nhận xét kết quả :

- Qua đồ thị cân bằng lực kéo ta sẽ xác định đợc những chỉ tiêu động lực học của

ôtô khi chuyển động đều hay có thể xác định đợc cản lớn nhất của đờng mà ôtô

có thể khắc phục đợc

16

- Tại điểm đờng cong đợc chia làm 2 nhánh:

+ nhánh bên phải là nhánh ổn định

+ nhánh bên phải là nhánh không ổn định

- Nhánh cuối cùng của các đờng cong Pki luôn nằm phía nhánh bên phải của tay

số Pk(i+1) tiếp theo (nhánh ổn định) nên khi chuyển số xe vẫn đảm bảo khắc phục

i i i Me

b

t h

0

.

Nhận xét :

Dựa vào đồ thị nhân tố động lực học và đồ thị tia khi tải trọng thay đổi có thể

xác định đợc:

+ Giá trị của nhân tố động lực học tại một vận tốc xác định khi tải thay đổi (non tải hay quá tải ).

+ Hệ số cản lớn nhất của mặt đờng

+ Xác định vận tốc chuyển động của ôtô khi biết hệ số cản của mặt đờng vàtải trọng

Chơng II Thiết kế hộp phân phối cơ khí

A lựa chọn phơng án thiết kế.

* Phơng án lựa chọn thiết kế hộp phân phối có khớp ma sát:

- Hộp phân phối(HPP) chỉ dùng trên xe nhiều cầu chủ động Tác dụng của nódùng để phân phối mô men từ động cơ ra các cầu xe Trong HPP còn bố trí thêmmột số truyền nhằm tăng lực kéo bánh xe khi cần thiết

- Li hợp ma sát khô nối động cơ với HTTL, Hộp số chính(HSC) cơ khí có 5

số tiến và một số lùi, trục ra của HSC đồng thời là trục dẫn động cầu trớc, bánhrăng côn nằm trong khoang chung của HTTL, đầu ra của trục này dẫn động cầusau thông qua một bộ vi sai có khớp ma sát, và cặp bánh răng trụ nghiêng Bộ visai, khớp ma sát, cặp bánh răng trụ thẳng răng nghiêng tạo nên hộp phân phối Sơ

đồ nguyên lí của HPP này dựa trên cơ sở một loại cặp truyền Nh vậy chế độ làmviệc của HPP cầu trớc luôn thờng xuyên làm việc Hệ thống này rất mạnh mẽ và

đáng tin cậy, tuy nhiên hệ thống AWD không hiệu quả khi xe đi trên địa hình gồghề, trơn trợt và nó vô dụng khi đi trên vỉa hè Khi đó một trong 4 bánh xe sẽ mất

đi độ bám đờng và cái còn lại sẽ nhận đủ 100% lực truyền động từ cụm vi sai

Hệ thống “AWD từng phần” thờng phân phối lực bên trong cụm vi sai với tỉ lệ50/50 từ bánh trớc đến bánh sau khi chúng ta chuyển sang chế độ ASR mỗi bánh

xe sẽ nhận 25% lực truyền động để giảm thiểu sự trợt của bánh xe Hệ thống nàyrất mạnh mẽ và đáng tin cậy Tuynhiên thật không may nó lại vô dụng khi cho xelên vỉa hè Một trong 4 bánh sẽ mất đi độ bám đờng và cái còn lại sẽ nhận đủ100% lực truyền động từ cụm vi sai

Hệ thống “AWD toàn thời gian” thông thờng sử dụng vi sai kiểu khác bên trongHPP, cụm vi sai có khớp ma sát với hệ thống đóng mở là các xi lanh thuỷ lực với

hệ điêu khiển điện tử có thể để điều khiển xe trở nên hữu dụng trên vỉa hè và

đ-ơng xấu Quy trình đợc thực hiện do 1 hệ thống bánh răng quả dứa và hành tinh

Nó đảm bảo cho 4 bánh thờng xuyên nhận 25% lực truyền động(tại một tiếp xúc

và tỷ suất bám đờng), do vậy nó tránh đợc hiện tợng bánh xe bị trợt Hệ thốngnày cũng rất mạnh và đáng tin cậy Tuy vậy, hệ thống này sẽ không phát huy tácdụng khi xe khởi hành ( giống nh là bánh xe mất bám khi khởi hành), nó cần

20

phải có thêm một thiết bị điều khiển khi quay vòng, gọi là “điều khiển độ bám”.Nếu 1 bánh xe hoặc hoặc một trục mất độ bám, vi sai cũng vẫn cho phép trụcquay ( một hoặc cả hai cầu xe) Để tránh trờng hợp trên, một số hệ thống AWDhoàn toàn đợc trang bị khoá vi sai khớp ma sát đóng mở nhờ xi lanh thuỷ lực có

điều khiển điện tử ( bao gồm một môtơ bớc và hệ thống các cảm biến hệ điềuhành EMS (ECU) Nó hoạt động nh một cụm vi sai Full time - nó cũng có chứcnăng, độ tin cậy và mạnh mẽ nh khi xe khởi hành

* AWD “Full time”(AWD toàn thời gian): Có vi sai bên trong cấu trúc hộp phânphối, mỗi bánh xe sẽ nhận 25% lực truyền khi độ bám 4 bánh bằng nhau Tuynhiên vi sai trung tâm sẽ không thể khoá đợc để tránh bị trợt, khi một bánh hoặcmột trục quay không tải lúc này hộp phân phối có khớp ma sát điều khiển điện tử

sẽ phân chia mômen xoắn ra cầu sau sự đồng đều mômen dựa trên độ bám đờngcủa bánh xe sẽ tránh cho xe bị trợt Khi vận hành trên đờn trơn, tỉ lệ truyền tớicác bánh không hiệu quả, thiết bị khớp ma sát nối trên sẽ hoạt động trên từng chukì bị trợt tạo an toàn cho hệ thống truyền lực Cụm HPP có khớp ma sát điềukhiển điện tử có thể đáp ứng yêu cầu truyền lực đến các bánh xe, nhờ hệ thốngnêu trên xe AWD khắc phụ đợc những nhợc điểm để trở thành chiếc xe có tính cơ

động trên nền đờng xấu

Từ đó ta đa ra phơng án thiết kế hộp phân phối trên cơ sở một cấp truyền:

B Mục tiêu đề tài phần thiết kế cơ khí:

Sơ đồ HPP

22

Hộp phân phối có vi sai và khớp ma sát, trong xe hai cầu, ba cầu chủ độngphải có thêm hộp phân phối lắp phía sau hộp số chính dùng để truyền mômencủa động cơ tới các cầu chủ động của xe Trờng hợp có hai cầu chủ động ngời

ta thờng dùng hai chế độ đóng mở xi lanh thuỷ lực để điều khiển HPP: Mộtchế độ dùng để đóng và nhả khớp ma sát để truyền động tới cầu sau và mộtchế độ dùng để ngắt khớp ma sát cắt truyền động tới cầu sau Cần phải giảmtốc trong hộp phân phối qua đó tăng mômen cho bánh xe chủ động khi xechạy trên đờng xấu Tuy nhiên xu hớng ngày nay để giảm tải thao tác và sứclực của ngời lái, ngoài ra để có sự chính xác, độ nhạy, phù hợp xu hớng pháttriển công nghệ cơ điện tử thì thay cho việc điều khiển bằng tay là điều khiểnbằng điện tử với hệ thống cảm biến và bộ xử lí tín hiệu thông minh

* Bộ vi sai và khớp ma sát:

Bộ vi sai co kết cấu giống vi sai cầu, gồm các trục chữ thập, 2 bành răng bántrục, 4 bánh răng hành tinh hoạt động dựa trên nguyên tắc ăn khớp của cácbánh răng và tăng nội ma sát nhờ khớp ma sát bố trí trong cùng vỏ vi sai Khớp ma sát là một ma sát ớt nhiều đĩa, các tấm ma sát là các lá thép gồm cáccặp đĩa răng trong và răng ngoài, khớp ma sát làm việc trong môi trờng chịumài mòn, chịu nhiệt Các đĩa răng ngoài nối với vỏ vi sai, các đĩa răng trongliên kết với bánh răng bán trục các đĩa đợc lắp xên kẽ giữa đĩa răng ngoài và

đĩa răng trong và bị ép bởi xi lanh thuỷ lực đặt nằm cạnh vỏ vi sai nhờ đó màkhớp ma sát có thể truyền lực ma sát lên bánh răng bán trục Toàn bộ gồm sáucặp ma sát đảm bảo đủ truyền mô men qua khớp với lực ép của xilanh thuỷlực Khi có hiện tợng trợt vào đờng xấu thì các cảm biến tốc độ ở bánh xe vàcảm biến bớm ga truyền tìn hiệu về bộ xử lí trung tâm ECU sau khi xử lí thôngtin ECU truyền thông tin tới môtơ buớc dầu đợc bơm vào xi lanh từ xi lanhchính vào các xi lanh chấp hành bố trí trong vi sai đóng các khớp ma sát, khi

xe thoát ra khỏi đờng xấu thì cũng nhờ các cảm biến và ECU điều khiển vàkhớp ma sát đợc mở ra

Trên trục ra cầu trớc có bố trí một khớp gài răng: một vành răng ngoài nốiliền trên trục ( lồng ngoài ) của vỏ vi sai, một vành răng ngoài khác nối liềnvới trục dẫn động cầu trớc ( tức là nối với bánh răng bán trục của bộ vi sai ).Khớp ngoài có vành răng trong thờng xuyên nằm ở vị trí không khoá hai vànhrăng ngoài với nhau, tức là vi sai không bị khoá cứng, cho phép các trục ra cáccầu quay với tốc độ khác nhau

- Nếu khớp ma sát hoạt động thì trục ra các cầu thực hiện quay cùng tốc

độ, khi đó đèn trên bảng điều khiển sẽ sáng nhờ cảm biến đóng mạch đặttại vỏ HPP

- Dạng điều khiển bằng điện tử dùng công tắc điều khiển thông qua mộtmạch điện làm quay một động cơ điện kiểu môtơ bớc điều khiển xi lanhthuỷ lực đạt trong HPP

Nhờ cấu trúc nh vậy mà luôn thực hiện chức năng gài số gắn liền với việckhoá vi sai tăng khả năng cơ động của xe ( vợt lầy, hố, rãnh )

Trong phần thân su có bơm dầu nhằm tạo điều kiện bôi trơn cỡng bức, làmmát cho HPP

a Chế độ tải trọng từ bánh xe chủ động cần tính toán theo điều kiện bám lớn nhấtcủa các bánh xe

Mϕ max=

f

b

i i

r

.

G

0 max

ϕ

25 , 1 05 , 3

312 , 0 8 , 0 19500

= 1277(Nm) ( 2 ) ( theo đồ án thiết kế hộp

số chính ô tô - máy kéo tác giả Nguyễn Văn Tài)

Trong đó: Gϕ=19500(N) - là tổng phản lực lên các bánh xe chủ động Mômennày tác dụng tại chỗ ăn khớp bánh răng của hộp phân phối

it- tỉ số truyền tính từ bánh xe đến chi tiết cần tính it = i0 = 3,05

ϕmax= 0,8 hệ số bám max

b Xác định khoảng cách giữa các trục a:

3 3

max

- máy kéo Tác giả Nguyễn Văn Tài)

Trong đó: a - hệ số kinh nghiệm với xe có HPP a =17 - 21,5 ta chọn a = 17

c Chọn mô đun bánh răng mn:

Cần chú ý: để giảm tiếng ồn khi làm việc, nên chọn mođun giảm và tăng bề rộng

b Nên chọn mo dun thống nhất giữa các bánh răng để làm cho công nghệ chế tạo

và sửa chữa dễ hơn Tính mođun cặp bánh răng trụ thẳng răng nghiêng chọn theo

24

kinh nghiệm Mô dun xe con m =2,25 – 2,75 chọn m = 2,5.

d Xác định số răng của các bánh răng :

Số răng của bánh răng chủ động: Z1=

) 1 (

cos 2

fc

i m

5 , 2

25 cos 184

1

Z = 73(răng) Số răng càng nhỏ hộp phân phối có kíchthớc càng gọn

e Tính chính xác khoảng cách trục A:

Khoảng cách trục đợc xác định theo công thức :

1 02

25 cos 2

) (Z Z m

25 cos 2

) 73 59 (

5 , 2

Bảng 1 Các thông số của cặp bánh răng nghiêng không dịch chỉnh( tơng đơng cặp bánh răng luôn ăn khớp ) :

công thức Thông số bánhrăng chủ động

1

Thông số bánhrăng bị động 2

Ta kiểm tra lại điều kiện trùng khớp, nghĩa là phải đảm bảo hệ số trựng khớp

ε >1.1

ε =

0

0

2 02

2 2

2 01

2 1

cos

sin ) (

2

1

α π

α

m

A D D D

( 30) ( theo đồ án thiết kế hộp sốchính ô tô - máy kéo Tác giả Nguyễn Văn Tài)

ε =

0

0 2

2 2

2

20 cos 5 , 2 14 3

20 sin 184 ) 209 230

143 167

r G

.

M

0

max 1max

ϕ ϕ

2

.

i

r G

i0 : tỷ số truyền của truyền lực chính i0 = 3,84

if : tỷ số truyền của hộp số phụ if = 1,25

max

ϕ : hệ số bám lớn nhất ϕmax= 0,8

Gϕ: trọng lợng bám của ôtô: Gϕ=19500N

rbx : bán kính làm việc trung bình của bánh xe chủ động rbx = 0,312 m

• Lực tác dụng lên các cặp bánh răng trụ răng nghiêng:

M

.

2

2 =15,75Lực hớng kính Ri(kN) Ri1= Pi1.tgα= 5,73 Ri2= Pi2.tgα= 5,73 Lực chiều trục Qi(kN) Qi1 = Pi1 tgβ = 7,34 Qi2 = Pi2 tgβ= 7,34

26

b.TÝnh bÒn b¸nh r¨ng :

*KiÓm tra søc bÒn uèn :

β π

σ

K y m b

P K

K K K

K

ntb gc

tp c ms d

10 74 , 15 0

, 1 2 , 1 0 ,

Ta thÊy σu < [σu] = 850 MN/m2 vËy tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn uèn

*KiÓm tra søc bÒn tiÕp xóc:

cos sin '.

cos

418 , 0

2 1

'

r r b

E P

α α β

1 5 , 81

1 (

10 20 cos 20 sin 10 25

10 2 , 2 10 8 25

3

5 3

III.ThiÕt kÕ bé truyÒn vi sai.

Bé vi sai cã nhiÖm vô truyÒn m« men tõ cÆp b¸nh r¨ng trô sang c¸c b¸n trôc.Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc c¸c b¸nh r¨ng hµnh tinh cã ®iÒu kiÖn lµm viÖc kh¾cnghiÖt h¬n V× vËy trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n ta sÏ tiÕn hµnh kiÓm nghiÖm bÒn chob¸nh

28

Ta chọn vật liệu chế tạo các bánh răng vi sai là thép hợp kim 25XΓT thấm cácbon, có chiều dày lớp thấm bề mặt là 1mm, độ cứng là HRC60, độ rắn 58-63HRC và có [ ]σ =u 1150(MN m/ 2 ); [ ]σ =tx 950(MN m/ 2 ).

- Các công thức sử dụng trong phần tính vi sai đợc lấy từ hớng dẫ làm đồ án vềcầu xe ô tô của tác giả Dơng Đình Khuyến

- Chọn sơ bộ môđun của các bánh răng vi sai theo kinh nghiệm là:

m = 4(mm)

- Chọn số bánh răng hành tinh của bộ vi sai q = 4 bánh răng

- Đờng kính vòng đỉnh của bánh răng bán trục Dd2= Dd- e= 206 – 10 = 196

mm Trong đó, e là khoảng cách đỉnh bánh răng bán trục và vỏ vi sai

dc= (0,3ữ0,35).Dd2 Chọn: dC = 0,35.Dd2= 0,35.196 = 69(mm) (2.9)

- Chọn số răng của bánh răng bán trục

Theo yêu cầu bộ vi sai nằm gọn trong bánh răng bị động của truyền lực chính.Tại vòng đỉnh của bánh răng bán trục thì đờng kính vòng đỉnh của bánh răng bántrục đợc xác định theo kinh nghiệm nh sau:

Z Z i

Chọn Zh = 13( răng)

2 Các thông số hình học của bộ truyền vi sai

Các thông số hình học của cặp bánh răng ăn khớp vi sai đợc tính toán nh trongbảng dới đây

B¶ng 4 C¸c th«ng sè h×nh häc cña bé truyÒn vi sai.

Trong quá trình tính toán bền cho bộ vi sai thì tải trọng tính toán đợc xác định

theo mômen cực đại phân bố lên một bánh răng bán trục, đợc xác định bằng 0,6mômen tính toán của truyền lực chính:

M vs = 0,6.M tt = 0,6.1596 958 = Nm (Nm) (2.11)

Việc tính toán về độ bền của bộ truyền vi sai đợc thực hiện đôi với bánh răng nhỏhơn tức là các bánh răng hành tinh Do vậy ta chỉ tính bền cho một bánh rănghành tinh Các lực tác dụng lên bánh răng hành tinh đợc biểu diễn theo sơ đồ bên

Hình3 Sơ đồ tính toán bền trong vi sai bánh răng côn.

b Tính toán ứng suất uốn.

ứng suất uốn tác dụng lên răng của bánh răng vi sai đợc xác định theo côngthức sau:

1

24 (1 sin ) 2.

vs d u

s

P k h b

Nh vậy bánh răng đảm bảo độ bền uốn

c Tính toán ứng suất tiếp xúc.

ứng suất tiếp xúc tác dụng lên bề mặt răng đợc xác định theo công thức sau:

Trong đó:

- P’: Lực vòng tính theo chế độ tải trung bình

'

3 1

0,5.1596

30692( ) 26.10−

( rx bán kính trung bình của bánh răng côn) Thay các giá trị vào ta đợc:

d Tính toán ứng suất cắt và ứng suất chèn dập.

Khi thiết kế vi sai, ngoài việc cần đảm bảo ứng suất uốn và tiếp xúc ở bề mặtrăng, ta còn phải đảm bảo ứng suất chèn và cắt ở các bề mặt bánh răng, trục và vỏ

vi sai Đó là cơ sở để chọn các kích thớc còn lại của vi sai Các kích thớc đợcbiểu diễn theo hình vẽ trên

*) ứng suất chèn dập σcd1 sinh ra giữa trục bánh răng hành tinh và lỗ bánh rănghành tinh:

1

.

vs cd