Nghiên cứu độ cân bằng của trục các đăng chế tạo tại việt nam lắp trên xe tải 3 tấn

Các chi tiết của cụm trục các đăng được tính toán kiểm nghiệm bền theo vật liệu chế tạo lựa chọn trong nước và được lắp ráp thử nghiệm rung động trên xe thực, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuậ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của

TS Dương Ngọc Khánh và TS Nguyễn Thanh Quang Đề tài được thực hiện tại

chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào

Hà Nội, ngày 01 tháng 6 năm 2012 Tác giả

Nguyễn Hải Sơn

LỜI CẢM ƠN

Với tư cách là tác giả của bản luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc

đến TS Dương Ngọc Khánh, TS Nguyễn Thanh Quang, các Thầy đã hướng dẫn

Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tạo, điều kiện về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi tham gia học

Tác giả

Nguyễn Hải Sơn

M ỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ 5

LỜI NÓI ĐẦU 7

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 8

2.3 Thiết kế theo mẫu các chi tiết cụm trục các đăng 27

2.3.1 Trục các đăng mẫu 27

2.3.2 Bản vẽ thiết kế các chi tiết của cụm trục các đăng 28

2.4 Tính bền các chi tiết cụm trục các đăng chế tạo trong nước 37

2.5 Quy trình công nghệ chế tạo cụm trục các đăng 42

2.5.1 Nạng cuối trục các đăng 42

2.5.2 Ống nối 42

2.5.3 Thân dài trục các đăng 42

2.5.4 Trục then hoa 43

2.5.5 Thân ngắn 43

2.5.6 Trục chữ thập 44

2.5.7 Nạng bích nối khớp chữ thập 45

2.5.8 Vòng chặn 45

2.6 Lắp ráp cụm trục các đăng 46

2.7 Sản phẩm cụm trục các đăng chế tạo trong nước 46

2.8 Quy trình kiểm tra chăm sóc và bảo dưỡng cụm trục các đăng 47

2.8.1 Kiểm tra chăm sóc và bảo dưỡng 47

2.8.2 Thay thế các chi tiết cụm trục các đăng 48

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ĐỘ CÂN BẰNG TRỤC CÁC ĐĂNG CHẾ TẠO TRONG NƯỚC LẮP TRÊN XE TẢI 3 TẤN 52

3.1 Cơ sở lý thuyết cân bằng động trục các đăng 52

3.2 Phương pháp cân bằng trục các đăng 55

3.3 Sử dụng Matlab – simulink giải hệ phương trình cân bằng trục các đăng 57

3.4 Kiểm tra trục các đăng 62

3.4.1 Giới thiệu tiêu chuẩn ISO 1940-1:2003 (E) 62

CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐỘ CÂN BẰNG TRỤC CÁC ĐĂNG CHẾ TẠO TRONG NƯỚC 64

4.1 Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 64

4.2 Thí nghiệm trên xe thực tế 68

KẾT LUẬN 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 3.2 Sơ đồ véc tơ biểu diễn mất cân bằng trên trục các đăng 55

LỜI NÓI ĐẦU

phát triển thì công nghiệp ô tô là một trong những ngành tiềm năng Trước yêu cầu

Do vậy đề tài “Nghiên cứu độ cân bằng của trục các đăng chế tạo tại Việt

Nam lắp trên xe tải 3 tấn” được hình thành Nhiệm vụ chính của đề tài là nghiên

dụng là bước đi phù hợp trong khả năng công nghệ hiện có của Việt Nam, trước hết

loại

Đề tài được thực hiện tại Bộ môn ô tô và xe chuyên dụng, Viện cơ khí Động

hình động học, xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả dao động của cụm trục các đăng Ứng dụng phần mềm Matlab simulink khảo sát dao động của cụm trục các đăng bằng cách giải hệ phương trình vi phân trên Thí nghiệm thực tế trên bệ thử

nghiệm xác định độ rung động của cụm trục các đăng khi lắp lên xe Kết quả được

tài không thể tránh được những sai sót nhất định Kính mong được sự quan tâm góp

CHƯƠNG I

T ỔNG QUAN 1.1.

T

1.2 Tình hình nghiên cứu chế tạo trục các đăng trong nước

chưa nhiều, việc ứng dụng các nghiên cứu chế tạo sản xuất trục các đăng còn rất

Trong khuôn khổ luận văn này đề tài nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo

thực tế ở nhiều chế độ làm việc của xe

Các v ấn đề thực hiện trong đề tài

1 Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo cụm trục các đăng ô tô tải 3 tấn

động của cụm trục các đăng Ứng dụng phần mềm Matlab simulink khảo sát dao động của cụm trục các đăng bằng cách giải hệ phương trình vi phân trên

trên bệ thử phòng thí nghiệm và khi lắp trên xe so sánh kết quả giữa trục các đăng

1.3 Tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

1.3.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trước yêu cầu phải đẩy nhanh quá trình nội địa hóa Chính phủ đã đề ra đối với ngành ô tô chúng ta phải đẩy mạnh các nghiên cứu trong lĩnh vực cơ khí chế tạo

theo

năng công nghệ hiện có của Việt Nam, trước hết phục vụ cho thay thế phụ tùng và

Thực hiện nhiệm vụ nâng cao tỉ lệ nội địa hóa các chi tiết ô tô đã được chính

nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm trong nước Các chi tiết của cụm trục các đăng được tính toán kiểm nghiệm bền theo vật liệu chế tạo lựa chọn trong nước và được lắp ráp thử nghiệm rung động trên xe thực, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật tương đương với sản phẩm nhập ngoại từng bước thay thế cho các sản phẩm nhập

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Nâng cao năng lực nội địa hoá phụ tùng ôtô: Nhiệm vụ nâng cao tỉ lệ nội

địa hoá các chi tiết ôtô đã được Chính phủ đề ra (các loại xe thông dụng đạt tỉ lệ nội địa hoá 60% vào năm 2010), tuy nhiên đến thời điểm hiện tại có rất ít các liên doanh cũng như các doanh nghiệp ôtô trong nước đạt được tỉ lệ nội địa hoá theo yêu

tư nghiên cứu công nghệ, trang thiết bị, dây chuyền…nhằm nâng cao hơn nữa năng

- Nâng cao trình độ kỹ thuật và công nghệ: Đội ngũ cán bộ kỹ thuật tham gia

cùng sự kết hợp của đội ngũ khoa học kỹ thuật của trường đại học sẽ hoàn thiện

hiện đề tài

- Đáp ứng nhu cầu của thị trường: Do thay đổi chính sách nhập khẩu của

Chính phủ, các cụm tổng thành trên xe ô tô nếu trong nước có khả năng sản xuất được sẽ chịu thuế nhập khẩu thấp nên xu thế tất yếu giảm giá thành xe là sản xuất trong nước

- Từng bước mở rộng năng lực sản xuất: Trên cơ sở nâng cao năng lực thiết

tư công nghệ mới đối với sản phẩm cùng loại

1.4 Công dụng, phân loại, yêu cầu đối với trục các đăng

1.4.1 Công d ụng

Các đăng và khớp nối là cơ cấu nối và truyền mômen Nó được sử dụng để truyền

lực của ô tô các đăng được dùng để nối giữa hộp số với cầu chủ động (hình 1.1.a)

Vì đặc điểm trên nên truyền động các đăng không những phải bảo đảm động

đổi chiều độ dài của trục các đăng

Ngoài ra để truyền mô men với khoảng cách lớn, thân trục các đăng có thể được chế tạo thành hai phần: một phần gắn lên thân xe, phần còn lại gắn với cầu xe

1.4.2 Phân loại

Các đăng có thể phân loại theo công dụng, đặc điểm động học kết cấu

1.4.2.1 Theo công dụng

Theo công dụng của các đăng, người ta chia thành các loại sau:

- Các đăng nối giữa hộp số với các thiết bị phụ: bơm thủy lực, tời kéo,…

1.4.2.2 Theo đặc điểm động học

Theo đặc điểm động học của các đăng người ta chia thành các loại sau:

đăng là khác nhau

đăng là bằng nhau

- Các trục các đăng phải đảm bảo quay đều và không sinh ra tải trọng động

trục quay cùng tốc độ

1.5 Các đăng khác tốc

1.5.1 Sơ đồ cấu tạo và động học

Cấu tạo của các đăng khác tốc bao gồm nạng chủ động 5, nạng bị động 6 và

Nạng bị động 6 cũng được nối với trục bị động 4 bằng then hoa và cũng có hai lỗ 2

nạng bị động 6

* Động học

Động học của các đăng khác tốc được mô tả trên hình 1.3

Khi trục chủ động A của khớp các đăng quay được một vòng thì trục bị động B

động Sự thay đổi này càng lớn nếu góc α hợp bởi giữa trục chủ động và bị động càng lớn

Lợi dụng tính chất động học trên nếu bộ truyền các đăng sử dụng hai khớp các đăng được bố trí theo sơ đồ như hình 1.4.b

Hình 1.4 Bộ truyền các đăng hai khớp chữ thập

Theo sơ đồ này thì trục bị động của khớp các đăng phía trước lại là trục chủ động của khớp các đăng phía sau còn trục bị động của khớp các đăng phía sau cũng

là trục bị động của bộ truyền các đăng Hướng của hai nạng trên trục trung gian phải

động của nó là trục trung gian của bộ truyền sẽ quay không đều Nhưng trục trung

nhưng lại cho trục bị động của khớp các đăng phía sau quay đều Có nghĩa là trục

Điều đó được minh họa thêm trên hình 1.4.a

Để bảo đảm tốc độ góc của trục chủ động và trục bị động của bộ truyền các đăng

trung gian có then hoa di trượt cần chú ý đặc điểm này Chú ý này được chỉ ra trên hình 1.4.c

1.5.2 Cấu tạo

Thông thường người ta sử dụng loại trục các đăng có hai khớp nối (hình 1.5.a)

Hình 1.5 Cấu tạo chung của trục các đăng

Trong trường hợp khoảng cách truyền tương đối xa khi tốc độ quay của trục các đăng khá lớn trục có xu hướng bị võng và rung động nhiều thì người ta sử dụng trục các đăng hai thân ba khớp và có ổ đỡ trung gian (hình 1.5.b) Với cấu tạo như vậy

võng và rung động khi làm việc ở tốc độ cao

1.6

Hình 1.6 Cấu tạo của khớp các đăng

Khớp các đăng bao gồm một trục chữ thập và hai nạng gắn liền với trục chủ động và trục bị động của khớp các đăng Trục chữ thập được liên kết với các lỗ trên hai nạng thông qua các ổ bi kim Vòng bi kim được lắp vào trong nắp và nắp được

đăng làm việc ở tốc độ cao thì người ta sử dụng vòng bi hãm hoặc tấm hãm để cố định nắp vòng bi trong lỗ trên các nạng Các chi tiết của nó được chỉ ra trên hình 1.6

thường được chế tạo bằng ống thép hình trụ rỗng nhằm giảm khối lượng, tăng độ cứng vững và tăng khả năng truyền mô men xoắn

Hình 1.7 Cấu tạo trục các đăng

đổi nên thân trục các đăng thường được chế tạo hai nửa và liên kết với nhau bằng

1.6 Các đăng đồng tốc

1.6.1 Nguyên lý hình thành các đăng đồng tốc kiểu bi

Nguyên lý hình thành các đăng bi có thể xem xét trên cơ sở bộ truyền bánh răng côn ăn khớp có kích thước hình học giống nhau hoàn toàn như trên hình 1.8

Hình 1.8 Nguyên lý hình thành các đăng đồng tốc kiểu bi

a: Bộ truyền bánh răng côn có kích thước hình học giống nhau

c: Các đăng đồng tốc bi tự định vị

truyền mômen giữa hai trục chủ động và bị động, điều kiện đồng tốc được thực hiện

Trong trường hợp bộ truyền ăn khớp bi thì các viên bi phải nằm giữa trên mặt

Để giữ cho các viên bi truyền lực luôn nằm trên mặt phẳng phân giác trong kết cấu

- Dùng các vòng định vị (hình 1.8.d)

Thông thường các đăng đồng tốc được sử đụng để truyền lực cho bánh xe chủ động

ở cầu dẫn hướng chủ động, vì góc quay của bánh dẫn hướng về hai phía có thể lên

- Các đăng đồng tốc bi kiểu Veise

- Các đăng đồng tốc kiểu chữ thập kép

1.6.2 Các đăng đồng tốc kiểu Veise

rãnh tròn này được tạo với rãnh cong tròn có tâm là tâm của khớp với cung cong

có nhiệm vụ truyền lực

Một viên bi thứ 5 nằm giữa tâm khớp, hai phía được tì vào hai nửa trục

1.6.3 Các đăng đồng tốc bi kiểu Rzeppa

Loại các đăng đồng tốc kiểu này được sử đụng khá phổ biến trên ô tô du lịch

mô tả trên hình 1.10

Hình 1.10 Cấu tạo các đăng đồng tốc bi kiểu Rzeppa

tròn Trục bị động là một hốc cầu có sáu nửa rãnh tròn trong, chứa các viên bi Các

vòng định vị dạng cầu Vòng định vị nằm sát với vách cầu của trục chủ động, đóng vai trò tạo mặt phẳng phân giác chứa các viên bi Góc lệch tối đa cho phép giữa hai

Để thay đổi chiều dài của các đăng trong quá trình làm việc thì trục chủ động được ghép then hoa với quả cầu trong của các đăng Khớp được bôi trơn bằng mỡ

và được bao bọc bởi vỏ cao su dạng xếp

1.6.4 Các đăng đồng tốc kiểu Tripod

hoa Trục bị động lắp then hoa với một trạc ba và được cố định trên trục bằng hai

nó Các con lăn vừa quay trên trục vừa có thể di chuyển dọc trên trục của nó Các

con lăn bị hạn chế không chạy ra ngoài bởi gờ cao trên rãnh của thân bao hình trụ

Hình 1.11 Cấu tạo Các đăng đồng tốc kiểu Tripod

Chúng thường được bố trí trên các ôtô mini buýt hay pick – up cùng với dạng các đăng đồng tốc bi khác để tạo nên trục truyền với hai đầu là hai loại khớp các đăng khác nhau, được dùng ở hệ thống treo độc lập

Trên hình 1.12 Là cấu tạo của các đăng loại kết hợp được sử dụng trên ôtô

trụ đứng trong hệ treo độc lập đồng thời có khả năng di chuyển dọc trục lớn để bù

1.6.5 Các đăng đồng tốc kiểu chữ thập kép

khác tốc kép, khi mà chiều dài của đoạn thân trục nối giữa hai khớp các đăng giảm

Hình 1.13 Cấu tạo các đăng đồng tốc kiểu chữ thập kép

Trên đoạn giữa của các đăng đặt hai bộ ổ, hai trục chữ thập liền kề nhau

1.6.6 Khớp nối đàn hồi

hồi Khớp nối đàn hồi thường được sử dụng trong hệ thống truyền lực của một số

Hình 1.14 Cấu tạo một số dạng khớp nối đàn hồi

phép truyền lực với góc thay đổi nhỏ, khi bị hư hỏng dễ dàng thay thế

động và bị động có bố trí mặt bích dạng hai nạng hoặc ba nạng, các nạng này liên

đàn hồi

- Khớp cao su đã thay thế kết cấu dạng đĩa Khớp cao su chế tạo liền khối trên đó có

để các lỗ để phần thân của các chốt bu lông của hai nạng chủ động và bị đông liên

CHƯƠNG II

C ỤM TRỤC CÁC ĐĂNG CHẾ TẠO TRONG NƯỚC

2.1 Những yêu cầu cơ bản đối với cụm trục các đăng chế tạo trong nước

đăng và các ổ đỡ

- Có hiệu suất cao

- Tuổi thọ cao

các đăng khác tốc, khớp mềm, khớp cứng

khác nhau, còn ở khớp các đăng đồng tốc trục chủ động và trục bị động quay cùng

Trên ô tô sử dụng chủ yếu các khớp các đăng cứng dạng chữ thập Khớp

Trên hình 2.1a là kết cấu của truyền động các đăng điển hình sử dụng trên

động 5 qua hai trục 2 và 4 cùng với ba khớp các đăng, trong đó trục 2 được lắp

bao gồm 3 bộ truyền động các đăng nối giữa hộp số chính 1 với hộp phân phối 6 và

được thể hiện theo hai phương án Phương án thứ nhất (hình 2.1c) công suất được truyền từ hộp số 1 tới hộp phân phối 6 qua truyền động các đăng 2 Tại hộp phân

động các đăng Trên ô tô hiện đại ngày nay thường sử dụng HTTL có sơ đồ như trên hình 2.1d, trong đó có cầu giữa là cầu thông qua, cho phép truyền chuyển động

thường sử dụng sơ đồ như trên hình 2.1e Công suất được truyền từ truyền lực chính

2.2 Kết cấu của cụm trục các đăng chế tạo trong nước

Khớp chữ

thập

Nạng các đăng

Thân nhỏ

Các nạng các đăng được chế tạo liền với các mặt bích dùng để nối truyền động các đăng với các bộ phận khác (hộp số và cầu chủ động), hình 2.3

Mối ghép then hoa dạng trượt được chế tạo từ thép hợp kim 20, 15, 12 và tôi

điện cao tần Độ cứng bề mặt sau khi gia công xong phải đạt 61÷64 HRC tại các vị trí lắp ổ bi

được chế tạo từ thép tấm bằng cách uốn tròn thành ống và hàn mép hoặc sử dụng

20) Đường kính của trục các đăng thường được tiêu chuẩn hóa Các then hoa được

HRC

Trục các đăng cần được cân bằng động để giảm tối đa rung động khi nó làm

hiện đồng thời cho cả 2 trục Trong quá trình cân bằng động, để tạo đối trọng người

ta thường hàn thêm các tấm kim loại lên thân trục các đăng ở vị trí mất cân bằng

2.3 Thiết kế theo mẫu các chi tiết cụm trục các đăng

công đoạn thiết kế thì một số chi tiết quan trọng như ngõng của trục chữ thập, thân trục các đăng và nạng các đăng sẽ được tính kiểm nghiệm bền để đảm bảo cụm trục các đăng làm việc đủ an toàn Các chi tiết tiêu chuẩn như ổ bi kim, phớt dầu, vú mỡ, phanh hãm, đai ốc, vòng đệm được mua trên thị trường

2.3.2 Bản vẽ thiết kế cỏc chi tiết của cụm trục cỏc đăng

B ẢN VẼ THIẾT KẾ CHI TIẾT 1

C45

01

100 ỉ54

2 3

Mối hàn

Yêu cầu kỹ thuật:

- Các mối hàn đảm bảo đều, đẹp

- Thân các đăng được làm bóng tại các vị

trí hàn

Hải Sơn

BẢN VẼ THIẾT KẾ CHI TIẾT 2

A 0.1 A

Yêu cầu kỹ thuật:

nạng các đăng ≤ 0.1

- Đảm bảo độ song song giữa hai lỗ

nạng các đăng so với mặt chuẩn A theo

bản vẽ

THIếT Kế TRụC CáC ĐĂNG XE Ô TÔ TảI 3 TấN

BẢN VẼ THIẾT KẾ CHI TIẾT 3

Yêu cầu kỹ thuật:

Bảo đảm độ đồng trục và độ trụ theo bản vẽ thiết kế

BẢN VẼ THIẾT KẾ CHI TIẾT 4

40X

01

5

A A

A - A

ỉ 50

ỉ 42

Yêu cầu kỹ thuật:

- Phần then được nhiệt luyện sau gia công,

đạt độ cứng bề mặt then từ 45-47 HRC

100 1

220 15

BẢN VẼ THIẾT KẾ CHI TIẾT 5

Yêu cầu kỹ thuật:

- Đảm bảo độ đồng tâm và vuông góc giữa

BẢN VẼ THIẾT KẾ CHI TIẾT 6

thiết kế trục các đăng xe ô tô tải 3 tấn

8

5

4lỗ ỉ 15

ỉ84

Yêu cầu kỹ thuật:

- Đảm bảo độ đồng tâm và vuông góc giữa

các lỗ theo bản vẽ thiết kế

ỉ 0.1 A A

0.06 A

133 ỉ94

BẢN VẼ THIẾT KẾ CHI TIẾT 7

BẢN VẼ THIẾT KẾ CHI TIẾT 8

BẢN VẼ THIẾT KẾ CHI TIẾT 9

A A

R5

4

A-A

Yêu cầu kỹ thuật:

- Chi tiết sau khi gia công phải được kiểm tra đảm bảo độ đồng tâm và vuông

góc giữa các ngõng trục theo bản vẽ

- Trục chữ thập được thấm tôi ni tơ với độ sâu tối thiểu 1.2 mm Độ cứng bề

mặt sau khi gia công phải đạt 61-64 HRC tại các vị trí lắp ổ bi

2.4 Tính bền các chi tiết cụm trục các đăng chế tạo trong nước

Như vậy với K là khớp các đăng khác tốc thì trục 2 sẽ chịu mô men lớn hơn

Khi làm việc đoạn trục 2 sẽ chịu mô men xoắn, uốn, kéo (hoặc nén) Trong

đó ứng xuất xoắn là rất lớn so với các ứng suất còn lại, ta tính bền đoạn trục theo

max 1 1 1

M

Trong đó:

−

Do vậy: τxmax= 2 max

xW

M

5, 673.10− ≈63 MPa

Như vậy giá trị ứng suất cắt cho phép của trục các đăng nằm trong giới hạn cho phép, thoải mãn điều kiện bền

x

θ =

0

2 max180