Đồ án nghiên cứu tính toán thiết kế hộp số xe du lịch

LỜI NÓI ĐẦU Nước ta trình công nghiệp hóa đại hóa đất nước Ngành công nghiệp ô tô ngành trình phát triển mạnh, với nhiều nhà máy sản xuất tiên tiến mọc lên Nhưng giá thành xe có cao so với thu nhập trung bình đất nước Vì vấn đề lơn đặt cho đất nước ta phải xây dựng phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam để đến năm 2020 trở thành ngành công nghiệp quan trọng đất nước, có khả đáp ứng mức cao nhu cầu thị trường nước tham gia vào thị trường khu vực giới Việc sản xuất số loại động cơ, hộp số, truyền động phụ tùng nước vấn đề quan trọng chiến lượt phát triển ngành công nghiệp ô tô phủ Hộp số phận quan trọng thiếu ô tô, ảnh hưởng trực tiếp đến trình chuyển động ô tô Trong trình học tập thực tập em nắm bắt kiến thức hộp số ô tô Việc tìm hiểu nghiên cứu loại hộp số có thị trường cần thiết, bổ ích cho trình sữa chữa dòng xe từ đến đại Với đồ án “ Nghiên cứu hộp số ô tô dòng xe du lịch từ đến chỗ” Em nghiên cứu loại hộp số dùng phổ biến thị trường, nhằm củng cố kiến thức, nâng cao hiểu biết Với thời gian có hạn, em cố gằng trình bày vấn đề hộp số Qua đồ án này, em ý thức tầm quan ngành công nghiệp ô tô, kỹ sư tương lai cho đất nước cần có phương pháp học tập, nghiên cứu nhằm phát triển ngành công nghiệp ô tô cho đất nước CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TRÊN XE DU LỊCH 1.1 Lịch sử hộp số 1.1.1 Hộp số sàn Sự đời hộp số sàn ví trái tim hệ thống truyền lực, hộp số biến đổi mô-men, tốc độ làm việc động cho phù hợp với điều kiện làm việc bánh xe đường Kể từ phát minh tiếng George Selden truyền động cầu trước kết hợp với động xi lanh đặt nằm ngang trở thành thiết kế xe hơi, có ý tưởng phù hợp Giới thiệu vào năm 1894, phác thảo hộp số cận đại hai kỹ sư người Pháp, Louis-Rene Panhard Emile Levassor đưa không mang cho hai ông vinh quang mà ngược lại phải nhận trích Buổi thuyết trình không thành công, xe mô hình bị chết máy, nội dung bị cắt bớt trình bày bảng đen Một tờ báo viết "kẻ bịp bợm dùng nhiều trò mánh khóe để lừa gạt công chúng hâm hộ với xe mới” Có lẽ nhà phát minh nên bỏ qua buổi nói chuyện công nghệ sử dụng mô tả vừa đủ Những họ làm thật thô thiển Thời ấy, kết cấu truyền động đơn giản truyền đai truyền bánh côn Xe chạy với tốc độ đa 32 km/h Khi gặp vật cản đường, tài xế phải dừng lại gài số thấp F W Lanchester, người tiên phong lĩnh vực ôtô Anh, mô tả xe ông gồm hai cấp truyền đai, cho tốc độ thấp, cần mômen lớn tốc độ cao, mô-men nhỏ Một năm sau hộp báo tai tiếng, Panhard and Levassor danh trở lại với riêng hộp số mà toàn hệ thống truyền lực Lần này, họ có xe sẵn sàng chạy đạp ga Bên cạnh họ có rấtnhiều thay đổi ý tưởng Thực tế, mẫu đáp ứng hầu hết yêu cầu xe xây dựng vào năm 90 năm sau Không giống mẫu xe thời, thiết kế có động đặt dọc phía trước, truyền công suất cầu sau thông qua ly hợp hộp số trượt cấp cầu chuyển động xích Nó gần giống hệ thống truyền lực xe đại, chưa có vi sai bán trục chủ động Tuy nhiên, vào năm 1898, điều trở thành thực nhà triệu phú Louis Renault kết nối công suất thành công từ động đặt dọc, qua hộp số tới cầu sau “sống” trục kim loại Cầu sau “sống” hay gọi vi sai cầu sau, mà Renault làm phù hợp với ý tưởng phát triển người Mỹ có tên C E Duryea vào năm 1893 Vì khắc phục vấn đề mòn lốp, nên phát minh hầu hết nhà sản xuất ôtô áp dụng Vi sai bao gồm cụm bánh răng khớp làm nhiệm vụ phân chia công suất cho hai bánh cầu sau Nó cho phép bánh phía quay nhanh bánh xe quay vòng Năm 1904, hộp số sàn sang số trượt Panhard-Levassor thực hóa hầu hết nhà sản xuất ôtô Dù tồn dạng hay dạng khác chúng sử dụng thời gian gần Hiển nhiên, có cải tiến, thay đổi quan trọng hệ thống đồng hóa cho phép trình ăn khớp cách bánh diễn cách trôi chảy, không phát sinh va đập Hộp số trang bị đồng tốc Cadillac sử dụng lần vào năm 1928 Sau Porsche phát triển, phát minh trở nên phổ biến tận ngày Khoảng thời gian kể từ hộp số sàn xuất thời điểm phát minh đồng tốc, có cố gắng khác nhằm đơn giản trình sang số Đó hộp số có cấu tạo từ truyền bánh hành tinh, xuất lần mẫu Ford Model T 1908 Bộ truyền bánh hành tinh bao gồm bánh trung tâm hay gọi bánh mặt trời, số bánh hành tinh ăn khớp xung quanh Ngày nay, truyền hành tinh sử dụng hộp số tự động nhiều số sàn Một vài loại số sàn phức tạp sử dụng bánh hành tinh đưa ra, Wilson Preselector hộp số Nó sử dụng vào năm 30 Hệ thống sử dụng truyền bánh hành tinh riêng rẽ, cho phép lái xe chọn trước tỷ số truyền cách di chuyển cần điều khiển nhỏ cạnh trục lái 1.1.2 Hộp số tự động Kể từ hộp số Panhard-Levassor đời, tất phát minh hay cải tiến khác nhằm mục đích làm cho trình sang số dễ dàng Tất nhiên dễ trình chuyển số thực cách tự động Đó lý giải thích Sturtevant, anh trai Boston, giới thiệu hộp số tự động vào năm 1904 Quả văng ly tâm điều khiển ăn khớp bánh theo tốc độ, Quá trình sang số không cần đến đóng mở ly hợp Tuy nhiên truyền gặp lỗi, trọng lượng thường lệch bề bên Reo có cố gắng đầy ý nghĩa vào năm 1934 cho đời hộp số Reo Self-Shifter gồm hai truyền mắc nối tiếp Bộ truyền thứ tự động chuyển số cách điều khiển trình đóng mở ly hợp ma sát nhiều đĩa theo tốc độ xe Bộ truyền thứ điều khiển tay sử dụng động cần tỷ số truyền thấp Năm 1937, Oldsmobile tung hộp số bán tự động cấp gọi “ hộp số an toàn tự động” Tài xế không cần sử dụng tới bàn đạp ly hợp cần số xe chuyển từ số sang số từ lên Áp suất dầu điều khiển truyền hành tinh Điểm sang số thiết lập sẵn theo tốc độ động Đã có 28.000 Oldsmobile 1938 trang bị hộp số Khía cạnh an toàn mà nhà sản xuất đưa đây: lái xe tập trung đường nhiều không cần thao tác chuyển số Hộp số an toàn xuất điềm báo trước đời hộp số GM Hydra-Matic vào năm 1939 Ngay sau đó, Oldsmobile trang bị cho mẫu xe phiên 1940 Buick trang bị hộp số bán tự động cấp đặc biệt vào năm 1938, có số vấn đề phát sinh nên thực hóa vào năm Hydra-Matic gồm truyền bánh hành tinh, điều khiển thủy lực Bộ kết nối thủy lực làm nhiệm vụ truyền công suất từ động sang hộp số thay cho ly hợp Danh tiếng kết nối thủy lực tới Chrysler, nơi phát triển mẫu ý tưởng vào năm 1937 Tuy nhiên, Chrysler không sử dụng năm 1941, hộp số Chrysler Fluid Drive giới thiệu Tuy hộp số tự động, hộp số tiêu chuẩn kết nối thủy lực, ly hợp Ý tưởng có từ lâu, đến năm 1948 hộp số tự động hoàn toàn xuất hiện, sử dụng biến mô thủy lực truyền bánh hành tinh ngày Chiếc Buick Roadmaster vinh dự mẫu xe trang bị Dynaflow, mẫu hộp số tự động đại, option giá 244 USD Trong vòng năm, 85% Buick có Dynaflow 1.1.3 Hốp số ly hợp kép (DTC) Người sáng tạo hệ thống ly hợp kép kỹ sư ô tô trẻ tuổi, Adolphe Kegresse biết đến nhiều vai trò người phát triển loại xe halftrack (với bánh lốp đằng trước bánh xích phía sau), giúp xe vượt qua nhiều loại địa hình phức tạp khác Năm 1939, Kegresse thai nghén ý tưởng hệ thống hộp số trang bị ly hợp kép với hy vọng sử dụng xe huyền thoại, Citroen “Traction” Thật không may, tình hình tài bất lợi ngăn cản kế hoạch phát triển xa dự án Cả Porsche Audi phát triển ý tưởng hệ thống ly hợp kép, sử dụng phiên xe đua hạn chế Những 956 962 phiên xe đua lắp đặt hệ thống Porsche Dual Klutch (hệ thống ly hợp kép Porsche) Năm 1986, 962 chiến thắng giải đua Monza 1000km dành cho xe prototype (Monza 1000km World Sports Prototype Championship) Audi làm nên lịch sử năm 1985 Sport Quatro S1 Rally trang bị hộp số với ly hợp kép, chiến thắng đỉnh Pikes Peak đua lên đỉnh núi cao đến 4300m Tuy nhiên, việc sản xuất thương mại hộp số với ly hợp kép không tiến hành nay, VW người tiên phong việc sản xuất đại trà hộpsố với ly hợp kép cho phép công ty BorgWarners’ DualTronic Hiện nay, xe trang bị công nghệ DTCs có bán châu Âu bao gồm: Beatle, Golf, Touran Jetta Volkswagen; TT A3 Audi; Altea, Toledo, Leon Seat Skoda Octavia Ford đại gia thứ hai ứng dụng sản xuất công nghệ ly hợp kép, với liên kết Ford Châu Âu nhà sản xuất mà Ford góp 50% vốn liên doanh GETRAG-Ford Đây hệ thống mà Ford gọi Powershift System, hộp số sáu tốc độ với hệ thống ly hợp kép xuất lần đầu triển lãm Ôtô Quốc tế Frankfurt 2005 Với trưởng thành thế, chuyên đặt câu: liệu tương lai, DCT loại bỏ hộp số kiểu CVT không? 1.1.4 Hộp số vô cấp (CVT) Hơn 500 trước đây, Leonardo da Vinci người đặt ý tưởng cho hộp sô vô cấp CVT ( Continuously Variable Transmission –hay hộp số có tỷ số truyền biến thiên vô cấp) 1490 - Leonardo da Vinci phác thảo ý tưởng CVT 1886 - Hộp số CVT đăng ký quyền 1935 - Adiel Dodge đăng ký quyền CVT Mỹ 1939 - Hộp số tự động hoàn toàn dựa hệ bánh hành tinh 1958 - Nhà sản xuất xe Daf (Hà Lan) sản xuất CVT cho xe 1989 - Subaru Justy GL xe bán Mỹ có trang bị CVT 2002 - Saturn Vue lắp CVT giới thiệu 2004 - Ford bắt đầu đưa CVT vào sản xuất 1.2 Giới thiệu chung hộp số 1.2.1 Công dụng Trên phận tổng thành ô tô hộp số phận quan trọng thiếu hệ thống truyền lực Với tốc độ động cao đảm bảo cho ô tô hoạt động được, để đảm bảo cho ô tô hoạt động bình thường, phù hợp với điều kiện đường xá yêu cầu chuyển hướngcủa ô tô, người ta chế tạo phận gọi hộp sô để đảm bảo yêu cầu - Hộp sô dùng để thay đổi tỷ số truyền hệ thống truyền lực trình chuyển động ô tô nhằm thay đổi lực kéo bánh xe chủ động thay đổi vận tốc chuyển động ô tô khoảng rộng tùy ý theo sức cản bên - Thực chuyển động lùi ô tô - Tác động làm việc khỏi hệ thống truyền lực khoản thời gian tùy ý ( nạp điện, cho động chạy không tải để tăng nhiệt độ nước làm mát trước khởi hành, để bôi trơn động tốt hơn, để qua trục thử công suất,…) 1.3.2 Phân loại Có nhiều phân loại hộp số như: Phân loại hộp số theo đặc tính truyền moomen, theo đặc điểm môi trường truyền moomen, theo phương pháp dẫn động điều khiển, phân loại theo hộp sô khí có cấp… Dưới số phân loại 1.3.2.1 Theo đặc tính truyền moment - Hộp số vô cấp - Hộp số có cấp - Hộp số kết hợp vô cấp với có cấp 1.3.2.2 Theo môi trường truyền moment - Hộp số khí: Truyền mô men xoắn truyền khí, phổ biến truyền bánh - Hộp số loại thủy lực: Truyền mô men xoắn nhờ lượng dòng chất lỏng Hộp số loại thủy lực có cấu tạo phức tạp, giá thành chế tạo cao, hiệu suất truyền động thấp - Hộp số loại điện: Truyền momen xoắn từ động đốt đến bánh xe chủ động nhờ dòng điện Loại sử dụng có trọng lượng lớn hiệu suất thấp - Hộp số loại liên hợp thường hộp số thủy – kết hợp biến mô men thủy lực với hộp số hành tinh tạo thành truyền động thủy tự động chuyển số 1.3.2.3 Theo phương pháp dẫn động điều khiển hộp số - Điều khiển tay - Điều khiển tự động - Điều khiển bán tự động 1.3.2.4 Theo hộp số khí có cấp Theo số lượng trục chia hộp số đồng trục, hai trục ba trục - Hộp số đồng trục: Các trục lồng vào kết hợp với khớp gài ma sát gài số - Hộp số hai trục: trục sơ cấp (trục vào) trục thứ cấp (trục ra) bố trí không đồng tâm - Hộp số ba trục: trục thứ cấp trục sơ cấp đặt đồng tâm có thêm trục trung gian Theo đặc điểm bố trí trục có hộp số trục ngang, hộp số đặt dọc - Hộp số đặt ngang: Các đường tâm trục vuông góc với trục đối xứng dọc ô tô - Hộp số đặt dọc: Các đường tâm trục đặt nằm mặt phẳng song song với trục đối xứng dọc ô tô Trên số bố trí số loại hộp số thường dùng xe du lịch Hiện nay, ô tô du lịch sử dụng hai loại hộp số có cấp hộp số vô cấp Hộp số khí có cấp có ưu điểm kết cấu đơn giản giá thành rẻ, đảm bảo yêu cầu tỷ số truyền, đáp ứng yêu cầu sử dụng ô tô Đối với ô tô du lịch người ta thường sử dụng hộp số cấp hay cấp Ngày nay, hộp số tự động sử dụng rộng rãi ô tô du lịch với giá thành cao đáp ứng yêu cầu cao kỹ thuật sử dụng so với hộp số thường hộp số tự động có ưu điểm sau : giảm mệt mỏi cho người lái xe thao thác đóng ngắt ly hợp, chuyển số tự động, êm dịu, thích hợp với tình trạng mặt đường, tránh cho động hệ thống truyền lực tránh bị tải Viêc phân tích kết cấu dạng hộp số trình bày chương sau CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KÊT CẤU HỘP SỐ SỬ DỤNG TRÊN XE DU LỊCH Hiện xe du lịch sử dụng nhiều loại hộp số, loại hộp số có tính có tính riêng, ưu nhược điểm khác Phần tập trung phân tích kết cấu rõ ưu nhược điểm loại hộp số 2.1 Hộp số trục 2.1.1 Kết cấu hộp số trục Với hộp số trục kết cấu thường có ba trục truyền động: Trục sơ cấp lắp đồng trục với trục thứ cấp, có thêm trục trung gian 2.1.1.1.Trục hộp số: Trục hộp số có nhiêm vụ truyền mô men xoắn từ động đến bánh xe chủ động Trục sơ cấp: Một đầu có then hoa để lắp với đĩa ma sát ly hợp, đầu chế tao bánh liền trục Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo hộp số ba trục Trục sơ cấp; Vòng bi phìa trước trục sơ cấp; 3 Bộ đồng tốc No.1; Vỏ hộp số; Bộ đồng tốc No.2; Tấm trung gian; Vòng bi trục thứ cấp; Cặp bánh số 5; Trục thứ cấp hộp số; 10 Bộ đồng tốc No.3; 11 Vòng bi trục trung gian; 12 Cặp bánh số 1; 10 [σF1]= σ lim K FC K FL SF Với σ0lim ứng suất uốn cho phép với với chu kỳ sở, theo bảng 6.2 TTTKHDĐCK ta có σ0lim1= 440MPa =440.106N/mm2; σ0lim2=400 N/mm2 SF hệ số an toàn tính uốn, theo bảng 6.2 ta có SF=1,75 KFL hệ số tuổi thọ xét đến thời hạn phục vụ chế độ tải trọng mF N FO N ßNE truyền KFL= mF=9; NFO=4.106 NFE số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương lấy N FE=NFO=4.106 lúc ta có KFL=1 KFc hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải ; KFC=1 ⇒[σF1]=440/1,75=251,43 N/mm2 ⇒[σF2]=400/1,75=228,6 N/mm2 Ta thấy σF1