TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ,HỘP SỐ Ô TÔ
Kết cấu tính toán ô tô Đồ án môn học Đồ án: kết cấu tính toán ô tô Sinh viên : Hoàng Ngọc Bình Lớp: 98 C4A Kết cấu tính toán ô tô Đồ án môn học MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 1.CÔNG DỤNG , YÊU CẦU , PHÂN LOẠI 2.CHỌN LOẠI HỘP SỐ VÀ SỐ TAY SỐ 2.1.CHỌN LOẠI HỘP SỐ: 2.2 XÁC ĐỊNH TỈ SỐ TRUYỀN ,SỐ CẤP .5 2.3 SƠ ĐỒ ĐỘNG CỦA HỘP SỐ .8 2.4 XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN CÁC TAY SỐ TRUNG GIAN 10 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA HỘP SỐ .11 3.1 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA TRỤC 11 3.1.1 Khoảng cách trục hộp số: 11 3.1.2.Kích thước chiều trục hộp số: 11 3.1.3 Đường kính trục hộp số: 12 3.1.4 Kích thước loại ổ trục: .12 3.2 CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA BÁNH RĂNG: .13 3.2.1.Số tổng cặp bánh răng: 14 3.2.2 Xác định số bánh răng: 14 3.2.3 Mômen truyền đến trục bánh tay số: 18 3.2.4 Lực tác dụng lên bánh răng: 19 3.2.5 Tính ứng suất tiếp xúc .22 3.2.6 Tính sức bền trục .23 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT VÀ CÁC CỤM CỦA HỘP SỐ .26 4.1 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH TRỤC VÀ KIỂM TRA ĐỘ CỨNG VỮNG 26 4.1.1 Chọn sơ kích thước trục: 26 4.1.2 Tính trục theo cứng vững .26 4.2 TÍNH TOÁN ĐỒNG TỐC 31 4.2.1 Nhiệm vụ tính toán: 31 4.2.2 Sơ đồ tính đồng tốc 31 4.2.3 Trình tự tính toán đồng tốc 32 4.2.4 Tính toán kiểm tra: 36 4.2.5 Xác định góc vát bề mặt hãm () phận khóa: 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 Sinh viên : Hoàng Ngọc Bình Lớp: 98 C4A Kết cấu tính toán ô tô Đồ án môn học LỜI NÓI ĐẦU Ô tô máy kéo phượng tiện sản xuất kinh doanh sinh hoạt, thiếu đời sống Cùng với tiến chung khoa học Ngành ô tô có bước phát triển với thành quan trọng Những biến đổi mà đòi hỏi phải có nhận thức sâu rộng, vấn đề có liên quan đến công nghệ ô tô Tuy muốn tiếp thu kiến thức phải nắm vững kiến thức Những kiến thức làm tản cho bước phát triẻn Vì đồ án kết cấu tính toán ô tô bước cố phát triển hiểu biết có từ môn học có liên quan Lần làm quen với việc tính toán thiết kế nên có nhièu khó khăn phức tạp Với nhận thức hạn chế nhiều mặt nên trình làm đồ án em vướng phải thiếu sót, mong quan tâm giúp đỡ thầy môn Để hoàn thành đồ án em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy LÊ VĂN TỤY thầy môn bạn lớp Sinh viên thực Đinh Tuấn Vũ CÔNG DỤNG , YÊU CẦU , PHÂN LOẠI 1.1 CÔNG DỤNG : Hộp số dùng để thay đổi số vòng quay momen động truyền đến bánh xe chủ động (cả trị số hướng) , cho phù hợp với điều kiện làm việc luôn thay đổi ô tô máy kéo , mà tự thân động không đáp ưng ,do: Sinh viên : Hoàng Ngọc Bình Lớp: 98 C4A Kết cấu tính toán ô tô Đồ án môn học - Hệ số thích ứng mômen thấp (K= 1,05 1,25) - Số vòng quay ổn định tối thiểu tương đối cao - Chiều quay không tự thay đổi Ngoài ra, hộp số dùng để : - Tách lâu dài động khỏi hệ thống truyền kực cần thiết ,như khởi động động , dừng xe cho động chạy không tải , cho xe chạy theo quán tính - Dẫn động phận công tác xe chuyên dùng , xe có tời ,kéo ,xe tự đổ ,cần cẩu thiết bị khác 1.2 YÊU CẦU Có tỷ số truyền số lượng tay số thích hợp , đảm bảo chất lượng dộng lực có tính kinh tế nhiên liệu cần thiết cho ô tô máy kéo - Làm việc êm dịu ,chuyển số nhẹ nhàng thuận tiện , không va đạp - Có vị trí trung gian để cắt lâu dài động khỏiû hệ thống truyền lực - Kết cấu đơn giản , làm việc tin cậy , bền vững - Hiệu suất cao ,kích thước khối lượng nhỏ , giá thành rẻ 1.3 PHÂN LOẠI - - - Theo phương pháp điều khiển chia loại : điều khiển tay, điều khiển tự động bán tự động Theo số cấp phân loại:3,4,5 nhiều cấp Theo sơ đồ động ,phân ra: Hộp số với trục cố định hộp số hành tinh Theo số lượng phần tử điều khiển càn thiết để gài số truyền ,phân ra: một,hai,hay ba phần tử điều khiển Số lượng phần tử điều khiển lớ thường dùng hộp số nhiều cấp Theo số lượng dòng lực , phân : ,hai, hay ba dòng.Tăng số lượng dòng lực làm phức tạp kết cấu Tuy cho phép giảm tải trọng tác dụng lên báng răng,trục va ổ trục nhue kích thước chúng 2.CHỌN LOẠI HỘP SỐ VÀ SỐ TAY SỐ 2.1.CHỌN LOẠI HỘP SỐ: Trên ô tô nay, sử dụng chủ yếu loại hộp số có trục cố định, điều khiển tay Loại hộp số có ưu điểm kết cấu đơn giản, hiệu xuất cao (0,96 0,98), kích thước trọng lượng nhỏ Trong loại hộp số trên, hộp số ba trục cố định, có trục sơ cấp trục thứ cấp đồng tâm sử dụng phổ biến có ưu điểm là: có khả tạo số truyền thẳng cách nối tiếp trục sơ cấp thứ cấp Khi làm việc số truyền thẳng, bánh răng, ổ trục trục trung gian giảm tải hoàn toàn nên giảm mài mòn, tiếng ồn mát công suất Sinh viên : Hoàng Ngọc Bình Lớp: 98 C4A Kết cấu tính toán ô tô Đồ án môn học Ở số truyền khác, mô men truyền qua hai bánh răng, tạo tỷ số truyền lớn với kích thước nhỏ gọn Nhờ giảm trọng lượng toàn ô tô Tuy nhiên loại hộp số có nhược điểm là: - Hiệu suất giảm tay số trung gian - Ổ bi gối đỡ trước trục thứ cấp, bố trí lỗ phần bánh công xôn trục sơ cấp, nên làm việc căng thẳng kích thước bị hạn chế điều kiện kết cấu Hình 2.1 Sơ đồ động hộp số ba trục Ngoài hộp số có ba trục cố định, có trục sơ cấp thứ cấp đồng tâm có hộp số có hai trục cố định, loại hộp số có ưu điểm là: - Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu có hiệu suất cao tay số trung gian - Dễ bố trí đơn giản kết cấu, hệ thống truyền lực xe đặt động gần cầu chủ động Tuy loại hộp số có hai trục cố định có nhược điểm là: - Do số truyền thẳng, bánh ổ trục không giảm tải số truyền cao, làm tăng mài mòn 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 truyền tay số cao tăng tỷ số truyền lực io Với đặc điểm hộp số hai trục thường sử dụng ô tô du lịch thể thao có động bố trí cạnh cầu chủ động máy kéo có hộp số bố trí chung vỏ với truyền lực Sinh viên : Hoàng Ngọc Bình Lớp: 98 C4A Kết cấu tính toán ô tô Đồ án môn học Hình 2.1 Sơ đồ động hộp số hai trục Ô tô để thiết kế loại ô tô vận tải dùng để vận chuyển hàng hoá, làm việc điều kiện thường xuyên thay đổi tải, có tỷ số truyền lớn nên ta chọn hộp số ba trục cố định, có trục sơ cấp thứ cấp đồng tâm vì: hộp số có ưu điểm bậc trục sơ cấp thứ cấp đồng tâm làm số truyền thẳng, trường hợp hiệu suất Đây điều quan trọng ô tô vận tải thời gian ô tô vận tải làm việc số truyền thẳng chiếm tỉ lệ cao Mặc khác ô tô chạy đoạn đường phẳng gài số truyền thẳng, thời gian sử dụng tay số trung gian it Vì tuổi thọ ô tô kéo dài 2.2 XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN , SỐ CẤP 2.2.1 Xác dịnh tỷ số truyền Tỷ số truyền xác định theo [ ] -Khả thắng sức cản lớn điều kiện cho trước max G.rbx ih1 Memaî i0 t Trong : Theo đề cho trước max = 0,3 : hệ số cản lớn đường G = 155000(N) :Trọng lượng toàn xe rbx = 0,5 (m) : bán kính bánh xe Memax = 617 (Nm) :Mômen cực đại i0 = : Tỉ số truyền lực Theo [6] : ta có t = 0,75 0,85 chọn t =0,8 Vậy : ih1 0,3.155000.0,5 = 7,8 617.6.0,8 - Khả tạo lực cản lớn theo điều kiện bám G rbx ih1 Memax i0 t Trong : Theo đề cho G = (70.155000)/100=108500(N) :Trọng lượng bám xe rbx = 0,5(m) :bán kính bánh xe Memax = 617(Nm) : Mômen cực đại i0 = : Tỉ số truyền lự Theo [6]:ta có t = 0,75 0,85 chọn t =0,8 Sinh viên : Hoàng Ngọc Bình Lớp: 98 C4A Kết cấu tính toán ô tô Đồ án môn học =0,7 0,8 chọn =0,75 108500.0,75.0,5 Vậy : ih1 = 13,7 617.6.0,8 -Khả chuyển động với tốc dộ ổn định tối thiểu để động điều kiện địa hình chật hẹp 0,377.ne rbx ih1 Vn i0 i p Trong : Vn :tốc độ chuyển động ổn định nhỏ Vn (km/h) chon Vn =5 (km/h) ne : vòng quay ổn dịnh tối thiểu động Đốivới động điêzel ne =350 700(v/ph) chọn ne =500(v/ph) Vậy: ih1 0,377.500.0,5 =3,14 5.6.1 7,8 ih1 13,7 Theo điều kiện : Ta chọn ih1 8,5 2.2.2 Số cấp hộp số Hộp số ô tô thuyết kế loại ô tô tải,vì để nâng cao tính chất động lực học ô tô, nâng cao hiệu suất hệ thống truyền lực nên chọn tỷ số truyền tay số cao hộp số số truyền thẳng nghĩa ihn= Số cấp hộp số (n) xác định phụ thuôc vào: - Chủng loại công dụng ô tô - Vào giá trị khoảng tỷ số truyền Ki Ki = ih1/ihn (2.1) Trong đó: ih1 tỷ số truyền tay số hộp số ihn tỷ số truyền tay số cao hộp số Nói chung, tăng số cấp hộp số tăng mức độ sử dụng công suất động cơ, tăng tính kinh tế nhiên liệu, tốc độ trung bình vậy, tăng suất giảm giá thành vận chuyển.Tuy tăng số cấp làm phức tạp kết cấu trình điều khiển, tăng kích thước, giá thành hộp số Đối với ô tô tải số cấp hộp số từ n = 22 ừng với Ki = 25 Ki lớn số cấp tăng Sau bảng số liệu thống kê ô tô tải theo giá trị khoảng truyền Ki Bảng 2.1 Bảng giá trị tay số ô tô tải theo khoảng tỷ số truyền Ki Khoảngsố 5,78,5 5,78,5 5,78,5 5,78,5 5,78,5 5,78,5 truyền Ki Số cấp n 10 16 20 Tuy nhiên có su hướng tăng số cấp khoảng tỷ số truyền tăng khối lượng ô tô, đặc biệt đoàn xe kéo moóc, để bù lại cho giảm công suất riêng chúng.Tăng số cấp khoảng tỷ số truyền hộp số ô tô tải trọng lớn, Sinh viên : Hoàng Ngọc Bình Lớp: 98 C4A Kết cấu tính toán ô tô Đồ án môn học cho phép sử dụng hiệu công suất động ô tô làm việc với mức tải điều kiện đường xá khác Đối vớicác ô tô này, vùng số hay sử dụng nhất, khoảng cách tỷ số truyền tay số kề qi,i+1 = ihi/ih(i+1) cần phải nằm giới hạn 1,31,4 Khoảng lớn làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu giảm chất lượng động lực học ô tô khó chuyển tay số Khoảng cách nhỏ lại làm cho người lái khó khăn vấn đề lựa chọn tay số thích hợp Ở tay số sử dụng hơn, khoảng cách số tăng lên Tuy không nên 1,61,7 để bảo đảm khả chuyển số Kết hợp hai điều kiện giả thuyết dãy tỷ số truyền bố trí theo cấp số nhân, xác định sơ bộ: lg( K i ) lg( K i ) n- lg( q ti ,i 1 ) lg( q ci ,i 1 ) (2.2) Ở qti,i+1 khoảng cách tỷ số truyền hai số liên tiếp vùng số thấp qti,i+1 = 1,61.7 chọn qti,i+1 = 1,7 qci,i+1 khoảng cách tỷ số truyền hai số liên tiếp vùng số cao qci,i+1 = 1,31,4 chọn qci,i+1 = 1,4 ; n: số cấp Tỷ số truyền thấp i1 = 8,5 Tỷ số truyền tay số cao ihn = Ki= i1 /ihn = 8,5/ =8.5 thay vào công thức 2.2 ta có: lg(8,5) n- lg(1,7) 0,929 n- 0,23 lg(8,5) lg(1,4) 0,929 0,15 5,04 n 7,2 Vậy ta chọn hộp số có cấp (n=5) Do ô tô chạy có cần phải quay đầu ta chọn thêm tay số lùi để thuân lợi cho việc điều khiển ô tô 2.3 SƠ ĐỒ ĐỘNG CỦA HỘP SỐ Sơ đồ động hộp số ba trục có trục thứ cấp nhau, khác chủ yếu số lượng cặp bánh luôn ăn khớp cách bố trí số lùi Ở hầu hết tay số sử dụng cặp bánh nghiêng thường xuyên ăn khớp Để gài số, dùng ống gài đồng tốc Riêng bánh số số lùi dùng phương án sau: Bánh số số lùi ăn khớp thường sử dụng trường hợp thời gian làm việc số số lùi lớn Ưu điểm: mặt dầu vành không bị ăn mòn, hành trình nạng chuyển số nhỏ Nhược điểm: cần đặt tự trục thứ cấp bánh số lùi kích thước lớn, làm tăng số lượng bánh mô men quán tính chi tiết quay, tăng tải trọng tác dụng lên đồng tốc Sinh viên : Hoàng Ngọc Bình Lớp: 98 C4A Kết cấu tính toán ô tô Đồ án môn học Ngoài có cách bố trí bánh số lùi không luôn ăn khớp, bánh số lùi số không luôn ăn khớp Tuy nhiên có hai phương án không cần có bánh số lùi đặt riêng trục thứ cấp Để gài số lùi số dùng bánh di trượt Bánh trung gian(đặt trục số lùi) làm hay hai vành Phương án vành có kết cấu đơn giản hơn, điều kiện làm việc bánh lợi, chụi 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, cho phép thực số lùi với tỷ số truyền lớn Chọn phương án bố trí số lùi bánh số số lùi không luôn ăn khớp Vì có đặc điểm gài số lùi dễ dàng, cần dịch chuyển bánh số I z4 z4 z3 z1 z5 z5 z1 z2 z3 z2 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí số lùi ô tô thiết kế Bánh tay số thấp(như số số lùi) chụi lực lớn thời gian làm việc hơn, nên bố trí sát gối đỡ sau Bánh tay số cao thời gian làm việc nhiều,bố trí khoảng trục, vùng có góc xoay nhỏ nhất, nhờ điều kiện ăn khớp bánh tốt nên giảm tiếng ồn mài mòn Hầu hết tay số dùng bánh nghiêng đồng tốc Các tay số số lùi có thẳng gài băng phương pháp trượt Mặt khác tay số 2,3,4,5 sang số có tốc độ lớn nên mặt dù cắt ly hợp song quán tính nên bánh quay với tốc độ khác nhau, gài vào sinh lực va đập Để khắc phục tượng đơn giản hóa thao tác cho người lái nên hộp số có bố trí hai đồng tốc để gài số số hai số ba, số bốn số năm Để hai bánh chưa đồng tốc cấu không cho chúng gài vào cách tạo lực cản chống lại lực tay người lái tác dụng lên cần số Dùng mô men ma sát bề mặt côn tiếp xúc để khắc phục mô men quán tính, bánh đồng tốc độ lực cản nêu bị triệt tiêu, lúc lực tay người lái đủ thắng định vị lò xo bi, gạt bánh ăn khớp với cách êm dịu za z4 ’ z1 ’ z3 ’ z1 zL’ Sinh viên : Hoàng Ngọc Bình za ’ z4 L z3 zL Lớp: 98 C4A Kết cấu tính toán ô tô Đồ án môn học Hình 2.3 Sơ đồ động hộp số thiết kế 2.4 XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN CÁC TAY SỐ TRUNG GIAN Chọn hệ thống tỷ số truyền số trung gian hộp số theo cấp số nhân - Cấp số nhân sử dụng rộng rải để chọn hệ thống tỷ số truyền ô tô cần thiết kế - Dựa sở dụng công suất trung bình động làm việc chế độ toàn tải không thay đổi trình gia tốc ô tô - Ô tô thông thường hay sử dụng số cao hộp số, khu vực số lượng tỷ số truyền so với số lượng tỷ số truyền có số thấp, nhược điểm chọn hệ thống tỷ số truyền cho số trung gian theo cấp số nhân - Đối với hộp số có cấp lượng số truyền bị hạn chế, hạn chế khả tăng vận tốc trung bình ô tô hệ số sử dụng tải trọng động Theo quy luật cấp số nhân, tỷ số truyền tay số trung gian xác định theo công thức [2]: ihi = ih(1ni ) /( n1) đó: i: số thứ tự tay số; n: số cấp hộp số với n = Theo số liệu tính toán : ih1 8,5 tỷ số truyền tay số hai là: ih2 ih2 = ih(15 2) /(51) = 8,5 / =4,97 tỷ số truyền tay số ba là: ih3 ih3 = i h(15 3) /( 51) = 8,52 / = 2,92 tỷ số truyền tay số tư là: ih4 ih4 = ih(15 4) /(51) = 8,51 / =1,7 tỷ số truyền tay số hai là: ihl ihl = (1,2 1,3) ih1 = 1,2.8,5 = 10,2 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA HỘP SỐ 3.1 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA TRỤC 3.1.1 Khoảng cách trục hộp số: Đối với ô tô loại trục cố định, khoảng cách trục hộp số (A) xác định sơ theo công thức kinh nghiệm sau [2]: A = Ka (Mra)1/3 (mm) (4.1) Sinh viên : Hoàng Ngọc Bình 10 Lớp: 98 C4A