Thiết kế hộp số ô tô

Đồ án Thiết kế hộp số xe tải LỜI NÓI ĐẦU Trong thời kỳ công nghiệp hóa, đại hóa đất nước, công nghiệp ô tô ngành công nghiệp quan trọng hàng đầu Được Nhà nước ta đặc biệt quan tâm trọng để phát triển để thể mạnh Việt Nam trường khu vực Quốc tế Ý thức điều đó, sinh viên ngành khí động lực khoa Cơ khí giao thông cố gắng phấn đấu nhiều để có khối kiến thức thật vững cho công việc sau Đồ án môn học tính toán thiết kế ô tô đồ án quan trọng sinh viên khoa Cơ khí giao thông hoàn thành môn học thiết kế ô tô Đồ án giúp sinh viên tự tìm hiểu kiến thức lý thuyết thực tế để sinh viên hiểu cách sâu rộng, tổng quát môn học kiến thức ngành nghề sau Thông qua hướng dẫn tận tình thấu đáo thầy Lê Văn Tụy giúp em hoàn thành đồ án môn học có thêm số kiến thức để áp dụng cho thực tế Qua em xin chân thành cảm ơn thầy chúc thầy thật nhiều sức khỏe! Đà Nẵng, ngày 17 tháng 04 năm 2017 Sinh viên thực NGUYỄN TẤN VINH - 2- - 3- Chương TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ô TÔ 1.1 Công dụng yêu cầu 1.1.1 Công dụng Hộp số dùng để thay đổi mômen động truyền đến bánh xe chủ động đủ thắng sức cản chuyển động ô tô thay đổi nhều trình làm việc Ngoài ra, hộp số dùng để thực chuyển động lùi đứng yên thời gian lâu dài mà không cần tắt máy, tách lâu dài động khỏi hệ thống truyền lực cần thiết 1.1.2.Yêu cầu Để đảm bảo công dụng nêu yêu cầu chung sức bền kết cấu gọn, hộp số có cấp ô tô có cấp ôtô phải thoải mãn yêu cầu đặc trưng sau: - Hộp số ôtô phải có đủ tỉ số truyền cần thiết nhằm đảm bảo tốt tính chất động lực tính kinh tế nhiên liệu làm việc - Khi gài số không sinh lực va đập lên bánh nói riêng hệ thống truyền lực nói chung Muốn vậy, hộp số phải có đồng tốc để gài số ống dễ gài số - Hộp số phải có vị trí trung gian để ngắt truyền động động khỏi hệ thống truyền lực thời gian dài Phải có cấu chống gài hai số lúc để đảm bảo an toàn không bị gãy vỡ - Hộp số phải có số lùi phép xe chuyển động lùi, đồng thời xe có cấu an toàn chống gài số lùi cách ngẫu nhiên - Điều khiển nhẹ nhàng, êm dịu hiệu suất cao 1.2 Phân loại hộp số - Tùy theo tính chất truyền mômen sơ đồ động học, hộp số ôtô phân loại sau: - Theo tính chất truyền mômen, phân hộp số thành hai kiểu: - 4- + Kiểu hộp số vô cấp: Hộp số có mômen truyền qua hộp số biến đổi liên tục tỉ số truyền động học thay đổi liên tục + Kiểu hộp số có cấp: Hộp số có số cấp hữu hạn (thường từ đến 20 cấp) Ứng với cấp giá trị mômen tốc độ truyền qua hộp số thay đổi - Dựa vào số trục chứa cặp bánh truyền số: + Loại hộp số hai trục: Hộp trục sơ cấp gắn với bánh chủ động số truyền, trục thứ cấp lắp bánh bị động + Loại hộp số ba trục: Trục sơ cấp gắn bánh chủ động số truyền, trục trung gian chứa bánh trung gian trục thứ cấp chứa bánh bị động Trục sơ cấp trục thứ cấp bố trí đồng tâm - Dựa vào số cấp hộp số: + Hộp số thường: Hộp số có số cấp nhỏ + Hộp số nhiều cấp: Hộp số có số cấp lớn ( thường từ đến 20 cấp ) 1.2.1 Phân tích đặc điểm hộp số ôtô chia theo số trục 1.2.1.1 Hộp số ba trục Trên ô tô sử dụng nhiều loại hộp số có trục cố định, điều khiển tay Loại hộp số có ưu điểm kết cấu đơn giản , hiệu suất cao (0,96-0,98), kích thước trọng lượng nhỏ Kết cấu hộp số hộp số đồng trục thường có trục chuyển động , có trục sơ cấp trục thứ cấp lắp đồng trục , có thêm trục trung gian Trục trung gian có hai ba trục bố trí xung quanh trục sơ cấp nhằm tăng độ cứng vững cho trục thứ cấp trì ăn khớp tốt cho cặp bánh lắp trục - Ưu điểm : + Có số truyền thẳng ,bằng cách nối trực tiếp trục sơ cấp trục thứ cấp Khi làm việc số truyền thẳng , bánh , ổ trục trục trung gian giảm tải hoàn toàn nên giảm mài mòn , tiếng ồn mát công suất nên đạt hiệu suất cao Điều có ý nghĩa lớn hộp số ô tô phần lớn thời gian làm - 5- việc hộp số số truyền thẳng (chiếm tỷ lệ từ 50% ÷ 80%) Vì hộp số kiểu sử dụng nhiều loại xe ô tô ( từ xe du lịch xe khách xe tải) + Các số truyền khác momen truyền qua hai cặp bánh , tạo tỷ số truyền lớn với kích thước nhỏ gọn Nhờ giảm trọng lượng toàn ô tô - Nhược điểm : + 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 1.1- Sơ đồ động học hộp số trục, cấp lắp xe du lịch GAZ-24 I-Trục sơ cấp ; II-Trục trung gian ; III-Trục thứ cấp ; IV-Trục số ; A,B-Bộ đồng tốc ; Sl-Vị trí gài số lùi ; 1,2,3,4-Vị trí gài cấp số 1, cấp số , cấp số 3, cấp số hộp số 1.2.1.2 Hộp số hai trục Loại hộp số hai trục kiểu hộp số thông dụng truyền động hộp số khí gồm trục sơ cấp gắn bánh chủ động trục thứ cấp gắn bánh bị động cấp số truyền tương ứng Loại hộp số tạo số truyền thẳng hộp số nhiều trục tỷ số truyền cấp số - 6- , phải thông qua cặp bánh ăn khớp Điều có nghĩa hiệu suất cấp số truyền nhỏ Kiểu hộp số phù hợp với hệ thống truyền lực có cầu chủ động bố trí phía động (cụm động cơ, ly hợp, hộp số bố trí cầu chủ động) Chiều chuyển động ngược nhau, truyền động dẫn trục thứ cấp có chiều ngược với chiều truyền động dẫn vào trục sơ cấp Hình 1.2-Sơ đồ hộp số trục cấp xe Hillman Imperial I-Trục sơ cấp hộp số; II-Trục thứ cấp hộp số; 1-Cấp số hộp số; 2-Cấp số hộp số; - Cấp số hộp số; -Cấp số hộp số; L-Số lùi hộp số - Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu có hiệt suất cao tay số trung gian + Dễ bố trí đơn giản kết cấu, hệ thống truyền lực xe đặt động gần cầu chủ động - Nhược điểm: + Kích thước chiều ngang lớn hộp số ba trục đồng tâm có tỷ số truyền (ở hộp số đồng tâm, tỷ số truyền qua hai cặp bánh nên kích thước gọn hiệu suất thấp trừ số truyền thẳng) + Kích thước hộp số lớn kéo theo trọng lượng lớn, xe có tỷ số truyền lớn - 7- + Không có số truyền thẳng, bánh ổ trục không giảm tải số truyền cao nên làm tăng mài mòn tiếng ồn 1.2.2 Phân tích đặc điểm hộp số ôtô chia theo số cấp 1.2.2.1 Số cấp thường (số cấp từ đến 6) - Số cấp hộp số ảnh hưởng lớn đến tính động lực tính kinh tế nhiên liệu xe Số cấp tăng lên tính động lực tính kinh tế nhiên liệu tăng, công suất sử dụng để lấy đà tăng tốc nhanh lúc số lần gài số phải tăng theo làm phức tạp điều khiển kéo dài phần thời gian lấy đà Hình 1.3-Sơ đồ hộp số thường trục cấp I-Trục sơ cấp ; II-Trục trung gian ; III-Trục thứ cấp ; IV-Trục số lùi ; A,B,C-Bộ đồng tốc ; i1,i2,i3,i4,i5,i6-Vị trí gài số 1, số 2, số 3, số 4, số 5, số 6; SL-Vị trí gài số lùi ; Za , Z’a-Bánh chủ động bị động cặp bánh truyền động chung ; Z1, Z’1-Bánh chủ động bị động cặp bánh số 1; Z2,Z’2-Bánh chủ động bị động cặp bánh số 2; Z3,Z’3-Bánh chủ động bị động cặp bánh số 3; Z4,Z’4-Bánh chủ động bị động cặp bánh số 4; Z5,Z’5-Bánh chủ động bị động cặp bánh số 5; ZL,Z’L,Z’’L-Bánh chủ động , bánh trung gian bánh thứ cấp số lùi - 8- - Ưu điểm: + Có khả động lực tốt tính hiệu kinh tế + Công suất sử dụng để lấy đà tăng tốc nhanh - Nhược điểm: + Làm cho kết cấu phức tạp hơn, tăng bề rộng hộp số + Thao tác gài số nhiều làm phức tạp việc điều khiển 1.2.2.2 Hộp số nhiều cấp( số cấp từ đến 20 ) - Hộp số nhiều cấp tạo thành cách ghép thêm vào phía trước hay phía sau hộp số số sở (hộp số loại trục) hộp giảm tốc gọi hộp số phụ Hộp số phụ thường có số truyền thẳng số truyền giảm tăng - Khi sử dụng hộp số nhiều cấp hộp số trở nên cồng kềnh mà hiệu suất hộp số nói chung giảm cấp số truyền phải qua nhiều hai cặp bánh ăn khớp, trừ số truyền thẳng Hình 1.4-Sơ đồ hộp số nhiều cấp có hộp số phụ đặt phía trước 1p, 2p -Vị trí gài cấp số 1, cấp số số phụ ; 1, 2, 3, 4, 5, L -Vị trí gài cấp số 1, số 2, số 3, số 4, số 5, số lùi hộp số; Zap -Cặp bánh dẫn động trục trung gian từ hộp số phụ; Zac -Cặp bánh dẫn động trục trung gian từ hộp số chính; Ip-Trục sơ cấp hộp số phụ; I -Trục sơ cấp hộp số (thứ cấp hộp số phụ);II-Trục trung gian ; III -Trục thứ cấp hộp số - 9- - Ưu điểm hộp số đặt phía trước: + Kết cấu đơn giản, đảm bảo tính thống hoá cao cho hộp số + Hiệu suất tương tự hộp số gài số thấp hộp số phụ - Nhược điểm hộp số đặt phía trước: + Yêu cầu khoảng cách trục hộp số lớn , momen trục hộp số lớn Hình 1.5-Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh đặt phía sau 1,2,3, 4, 5, L -Vị trí gài cấp số 1, số 2, số 3, số 4, số 5, số lùi hộp số; I -Trục sơ cấp hộp số ;II -Trục trung gian;III -Trục thứ cấp hộp số (Chính trục sơ cấp hộp số phụ hành tinh ), IIIp -Trục thứ cấp hộp số phụ hành tinh nối với cần C cấu hành tinh - Ưu điểm hộp số phụ đặt phía sau: + Giảm khoảng cách trục tải trọng tác dụng lên chi tiết hộp số - Nhược điểm hộp số phụ đặt phía sau: + Giảm tính thống hóa hộp số + Hiệu suất giảm gài số truyền thấp - 10 - - Với xe thiết kế xe tải, động Xăng thì: + Khi chuyển từ số thấp lên số cao ta chọn: ωeo = 0,7.ωN = 0,7.408,2= 285,74 [rad/s] + Khi chuyển từ số cao số thấp ta chọn: ωeo = 0,5.ωN = 0,5.408,20= 204,1 [rad/s] tc : Thời gian làm đồng tốc độ đồng tốc bánh gài số, [s] Theo tài liệu [2]: Với ô tô tải thì: tc = 0,3 ÷ 0,8 [s] cho số cao, tc = 1,0 ÷ 1,5 [s] cho số thấp - Chọn thời gian chuyển số cho số cao (số số 5) là: + Từ số thấp lên số cao: 0,8 [s] + Từ số cao số thấp: 0,7 [s] - Chọn thời gian chuyển số cho số thấp (số số 3) là: + Từ số thấp lên số cao: 1,5 [s] + Từ số cao số thấp: 1,2 [s] - Thay số vào công thức (2.34) (2.35) ta có: - 57 - 2.4.4 Bán kính ma sát đồng tốc Nếu gọi Rms bán kính trung bình vành côn ma sát đồng tốc, mômen ma sát tạo lực ép Q tác dụng lên đôi bề mặt ma sát đồng tốc có quan hệ với Mms xác định theo tài liệu [2] sau: (2.36) - Trong đó: + Q: Lực ép tác dụng theo chiều trục lên đôi bề mặt ma sát [N] Lực ép Q lực điều khiển P cần số tạo xác định theo tài liệu [2] : (2.37) Trong • Pdk: Lực danh nghĩa tác dụng lên cần điều khiển ,với xe tải chọn P = 100 [N] • : Tỉ số truyền đòn điều khiển [ ],theo tài liệu [2] - 58 - chọn • : Hiệu suất cấu điều khiển [ ], theo tài liệu [2] .Chọn • : Hệ số ma sát đôi bề mặt ma sát [ ], theo tài liệu [2] với vật liệu đôi bề mặt đồng thau làm việc dầu thì: Chọn • α : Góc côn bề mặt ma sát [°].Theo tài liệu [2] với bề mặt ma sát làm vật liệu đồng thau góc côn α tốt - Thay vào công thức (2.36) ,ta có: - 59 - Chọn - Để gài số ta sử dụng đồng tốc ống gài : + Ống gài để dùng để chuyển từ số 1→SL ;SL→1 ; 2→1 + Bộ đồng tốc thứ dùng để chuyển từ số 1→2 ;2→3 ;4→3 + Bộ đồng tốc thứ hai dùng để chuyển từ số 3→4 ;4→5 ;5→4 Để thuận tiện cho việc chế tạo lắp đặt ta chọn đồng tốc có kích thước với thông số sau : Chọn -Chọn bán kính hãm : Khi thiết kế tùy thuộc vào kiểu đồng tốc, giá trị trung bình liệu [2]: Ta chọn : Chọn : - 60 - chọn theo tài Vậy đồng tốc chọn có thông số sau: 2.4.5 Chiều rộng bề mặt vành ma sát đồng tốc - Chiều rộng bề mặt vành côn ma sát bms [m]được xác định theo tài liệu [2] : (2.38) - Trong đó: + : áp suất pháp tuyến hình thành bề mặt đôi ma sát Theo tài liệu [2] với vật liệu vành côn ma sát thường làm đồng thau bôi trơn dầu cácte hộp số giá trị áp suất làm việc cho phép nằm khoảng Chon + Pdk: Lực danh nghĩa tác dụng lên cần điều khiển ,với xe tải chọn P = 100 [N] + idk: Tỷ số truyền đòn điều khiển [ ], theo tài liệu [2] idk=1,5÷2,5 Chọn idk=2,5 + ηđk : Hiệu suất cấu điều khiển [ ], theo tài liệu [2] ηđk = 0,85÷0,95 Chọn ηđk = 0,9 Thay số vào công thức (2.38) ta : Để thỏa mãn điều kiện trên, ta chọn chiều rộng vành ma sát bms = 12 (mm) - 61 - 2.4.6 Góc nghiêng bề mặt hãm β - Góc nghiêng bề mặt hãm xác định theo tài liệu [2] : (2.39) Trong đó: + : Hệ số ma sát đôi bề mặt ma sát [ ], theo tài liệu [2] với vật liệu đôi bề mặt đồng thau làm việc dầu thì: Chọn + Rms : Bán kính ma sát đồng tốc [m], kết lấy mục (2.4.4) Rms=46[mm] =0,046[m] +Rβ : Bán kính hãm bề mặt ma sát [m], kết lấy mục (2.4.4) Rβ=55[mm]=0,055[m] + α : Góc côn bề mặt ma sát [°].Theo tài liệu [2] với bề mặt ma sát làm vật liệu đồng thau góc côn α tốt Chọn Thay số vào công thức (2.39) ta Để thỏa mãn điều kiện trên, chon góc nghiêng bề mặt hãm - 62 - 2.4.7 Tính toán kiểm tra thông số đồng tốc Khi tính toán đồng tốc theo phương pháp trình bày trên, giả thiết trình gài đồng tốc vận tốc xe không đổi Thực tế, gài đồng tốc, cắt ly hợp (hoặc giảm vị trí cung cấp nhiên liệu cho động chế độ không tải, ôtô sử dụng ly hợp thủy lực) nên tốc độ xe giảm trình gài số Do chi tiết nối với trục sơ cấp hộp số chuyển động chậm dần theo tốc độ xe thời gian gài đồng tốc Điều làm cho chênh lệch tốc độ thực tế tăng lên chuyển số từ thấp lên cao, ngược lại chuyển số từ số cao số thấp, chênh lệch tốc độ giảm thời gian chuyển số thực tế giảm 2.4.7.1 Mômen ma sát thực tế đồng tốc - Theo tài liệu [2] mômen ma sát thực tế đồng tốc xác định theo công thức: (2.40) - Trong : + : Hệ số ma sát vành ma sát [ ], + : Góc côn vành ma sát [°] , + + : bán kính trung bình vành ma sát [m], từ mục (2.4.4) ta có: : Lực gài tác dụng lên vành ma sát đồng tốc [N],kết công thức (2.36) Thay số công thức (2.40) ta được: - 63 - 2.4.7.2 Thời gian chuyển số thực tế đồng tốc - Theo tài liệu [2] thời gian chuyển số thực tế gài đồng tốc đồng tốc xác định theo công thức : (2.41) - Trong + Dấu (-) ứng với trường hợp gài số thừ số thấp lên số cao + Dấu (+) ứng với trường hợp gài số từ số cao số thấp + : gia tốc góc trục thứ cấp xe giảm tốc độ sang số : (2.42) - Trong đó: + : Gia tốc trọng trường + : Hệ số cản tổng cộng đường, tính toán chọn + , : Tỉ số truyền hiệu suất truyền lực tính từ bánh gài tính đồng tốc đến bánh xe chủ động ô tô Với đồng tốc bố trí trục sơ cấp tỉ số truyền + Chọn hiệu suất từ hộp số đến bánh xe chủ động + : Hệ số xét đến khối lượng quay hệ thống truyền lực đến quán tính chuyển động tịnh tiến ôtô Có thể chọn gần - 64 - - Thay vào công thức (2.42) ta có: - Thay kết εc thông số vào công thức (2.41), ta tính thời gian chuyển số thực tế đồng tốc sau: 2.4.7.3.Công trượt đôi bề mặt côn ma sát đồng tốc Công trượt ma sát trượt đôi bề mặt ma sát đồng tốc Lms [J] xác định theo [1] sau : (2.43) - 65 - Trong đó: - Dấu (-) : ứng với trường hợp gài số thừ số thấp lên số cao - Dấu (+) : ứng với trường hợp gài số từ số cao số thấp - Mms : Mô men ma sát đồng tốc [N.m]; từ công thức (2.40) Mms = 5,88 [N.m] - ∆ω : Chênh lệch tốc độ góc hai số truyền [ ] - εc : Gia tốc góc chậm dần [rad/s2] xác định (2.42) εc = 2,44 [rad/s2] - tc : Thời gian chuyển số thực tế, xác định công thức (2.41) Thế số liệu vào (2.43) ta được: - 66 - 2.4.7.4 Công trượt riêng đôi bề mặt ma sát Công trượt riêng đồng tốc đánh giá công trượt đôi bề mặt vành ma sát đơn vị diện tích vành ma sát xác định theo [1]: [J/m2] (2.44) Trong đó: - Lms : bán kính trung bình vành ma sát [m], từ mục (2.4.4) ta có: - - : Công trượt vành ma sát, [J] xác định (2.44) bms : Chiều rộng bề mặt vành ma sát, [m]; xác định (2.4.5): bms = 0,012[m] Thế số liệu vào (3.19) ta có: - 67 - Giá trị công trượt riêng lớn đồng tốc 28,14 [KJ/m2] nhỏ giới hạn cho phép (lr ≤ 500[KJ/m2]) xe tải lớn cực lớn - 68 - KẾT LUẬN Sau tính toán kĩ lưỡng thông số kiểm tra lại thông số so với điều kiện cho em tính chọn phù hợp với giá trị đề cho Em hoàn thành nhiệm vụ tính toán thiết kế đề dựa thông số kích thước tải trọng xe tải (động xăng) Giải mục đích đồ án thiết kế hộp số sở tính toán tối ưu động lực học xe nhằm đưa thông số có kết cấu tính công nghệ phù hợp, đảm bảo yêu cấu cần thiết hộp số phù hợp với điều kiện vận hành giảm khối lượng hộp số Các trục cặp bánh hộp số tính chọn kiểm tra bền thỏa mãn điều kiện làm việc - 69 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] NGUYỄN HOÀNG VIỆT(2015) Giáo trình kết cấu, tính toán thiết kế ôtô Giáo trình mạng nội khoa Cơ khí Giao thông trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng [2] LÊ VĂN TỤY (2009) Hệ thống truyền lực ôtô Giáo trình mạng nội Khoa Cơ khí Giao thông trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Hướng dẫn thiết kế hộp số ôtô Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng - 70 - - 71 - ... vào số cấp hộp số: + Hộp số thường: Hộp số có số cấp nhỏ + Hộp số nhiều cấp: Hộp số có số cấp lớn ( thường từ đến 20 cấp ) 1.2.1 Phân tích đặc điểm hộp số tô chia theo số trục 1.2.1.1 Hộp số. .. cấp hộp số; II-Trục thứ cấp hộp số; 1-Cấp số hộp số; 2-Cấp số hộp số; - Cấp số hộp số; -Cấp số hộp số; L -Số lùi hộp số - Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu có hiệt suất cao tay số trung... mômen sơ đồ động học, hộp số tô phân loại sau: - Theo tính chất truyền mômen, phân hộp số thành hai kiểu: - 4- + Kiểu hộp số vô cấp: Hộp số có mômen truyền qua hộp số biến đổi liên tục tỉ số