Bài tập tiểu luận tính toán kết cấu ôtô

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ™™™ Khoa: Động lực Mơn: Tính tốn kết cấu ơtơ Đề tài: Bài tập tiểu luận tính tốn kết cấu ơtơ GVHD: Trần Anh Sơn TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 I - CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN XE Ford Ranger XL 2.5MT Động diesel Công suất cực đại động ứng với số vòng quay : Nemax = 108PS / 3500(v/p) Momen xoắn cực đại động ứng với số vòng quay : Memax = 268 (N.m)/2000(v/p) Vận tốc lớn (km/h): Vmax = 144(km/h) =40 (m/s) Cỡ lốp: 215/70R15 Trọng lượng không tải : 1629 (KG) 16290 (N) Trọng lượng toàn bộ(toàn tải) : 2716 (kG) 27160 (N) Kích thước +Chiều dài tổng thể: 5170mm +Chiều rộng tổng thể: 1723mm +Chiều cao tổng thể: 1632mm +Chiều dài sở :2985mm Hiệu suất :η = 0,93 Hệ số cản lăn: f = 0,2 Hệ số bám: φ = 0,8 Khả leo dốc xe 32% Góc lệch giữ trục đăng α = 200 Chiều dài trục đăng: lcđ = 1,5 (m) 1.TÍNH TỐN HỘP SỐ 1.1 Chọn tỷ số truyền của hộp số Từ kí hiệu lốp : 215/70R15 +Ta xác định: r0 = 215.0, + 15 25, = 341mm rbx = λ r0 = 0,95.341 = 323,95 mm = 0,32m +Góc dốc : *Từ khả leo dốc 32% nên ta có α = arctan 0,32 = 170 *Hệ số cản tổng cộng: +Số vòng quay nemax nemax= λ.nN *Do động dieselλ = => nemax= 1.3500 = 3500 (vòng/phút) +Tỷ số truyền truyền lực chính i0 = π rbx ne max 30.ihn Vmax ihn =0,75 ÷ 0,85 chọn ihn = 0,8 ⇒ Theo điều kiện bám Pk 3,66 P Cho hệ số bám =0,75 =4,33 +Theo điều kiện kéo: 4,63 = ta chọn ih1 = 4,6 q= +tỉ số truyền tay số ih5= +tỉ số truyền tay số ih4= +tỉ số truyền tay số ih3= +tỉ số truyền tay số ih2= +Do xe hộp số dọc ,có số OD ⇒ ih4 = 1.2 Tính tốn chi tiết của hộp sớ 1.2.1 Bánh của hộp sớ 1.2.1.1Tính tốn thiết kế tổng thể + Chọn khoảng cách giữa trục A = C M e max C : Hệ số kinh nghiệm C = 20-21đối với động diesel → chọn C = 20 → A= (mm) Chọn A = 130 + Môđuyn pháp tuyến của bánh m = (0,032 ÷ 0,04)A → Chọn m = 0,032.A = 0,032.130 = 4,16 +Tỉ số truyền cặp bánh ăn khớp ( Trong : ma : modun pháp tuyến cặp bánh ăn khớp (ma=m) βa :Góc nghiêng cặp bánh ln ăn khớp Xe tảiβ = 18 ÷ 26 Chọn : β= 25 Za : Số bánh chủ động cặp bánh ln ăn khớp Za=(16÷12) với ih1=6÷8 Chọn Za=16 Ta có : +Tính lại khoảng cách giữa trục A +Modun pháp tuyến của bánh m=ma=0,032.128=4,1 +Tỉ số truyền của cặp bánh ăn khớp +Số của bánh bị động của cặp bánh ăn khớp Za’ Za’=Za.ia=16.2,5=40 Chọn Za’= 40 +Tỷ số truyền của cặp bánh gài igi cặp bánh thứ gài : Tương tự ta tính cho cặp bánh lại 2, 3, 4, ig2=1,2 : ig3=0,78 : ig4=0,4 : ig5=0,33 +Số của bánh trục trung gian thứ cấp Cặp bánh thứ chọn Z1=20răng Z1’ =20.1,84=36,8 chọn Z1’= 37 Cặp bánh thứ chọn Z2=26 Z2’ =26.1,2 = 31,2 chọn Z2’= 31 Cặp bánh thứ chọn Z3= 32 Z3’=32.0,78= 24,96 chọn Z3’= 25 Cặp bánh thứ chọn Z4=41 Z4’=41.0,4=16 chọn Z4’=16 Cặp bánh thứ chọn Z5=43 Z5’=43.0,33=14,2 chọn Z5’=14 1.2.1.2 /Tính tốn kiểm tra bánh +Lực vòng P tác dụng lên 1.2.2Trục của hộp sớ + Chọn sơ kích thước của trục Đối với trục sơ cấp (mm) +Đối với trục trung gian Đối với xe tải ta chọn d2 ≈ 0,45.A = 0,45.120 = 54 (mm) Mà : d2 d2 = 0,16 ÷ 0,18 → Chọn = 0,18 l2 l2 Chiều dài trục trung gian (mm) +Đối với trục thứ cấp d3 ≈ 0,45.A = 0,45.128 = 57,6 (mm) Mà : d3 d3 = 0,18 ÷ 0,21 → Chọn = 0,21 l3 l3 Chiều dài trục thứ cấp (mm) Khi khởi hành xe chỗ công trượt lớn )vì lúc ω a = nên hiệu số ωe - ωa lớn Động cao tốc, cơng trượt lớn Trong tính tốn lấy tốc độ góc động ω e tốc độ góc ứng với momen cực đại (ωe = ωM) tính tốn kiểm tra cơng trượt riêng ứng với chế độ khởi hành xe chỗ (ωa = ) 2.TÍNH TỐN LY HỢP 2.1 Xác định thông số bản của ly hợp Moment ma sát yêu cầu li hợp Mms Ly hợp có khả truyền hết moment xoắn lớn động Mms= Trong đó: + Mms:moment ma sát yêu cầu li hợp N.m + : hệ số dự trữ li hợp ( xe tải không romoc =1,6-2,25 chọn ) Bán kính bán kính ma sát Bán kính ngồi R2 Trong D2: đường kính ma sát C: hệ số kinh nghiệm ( xe tải làm việc điều kiện nặng nhọc C=1,9) R2= = Bán kính đĩa ma sát: R1 = (0,53 – 0,75) R2 ta chọn R1 = 0,6.R2 thay số ta được: R1 = 0,75.18,76 = 14,07 Bán kính ma sát trung bình xác định theo công thức: Rtb = =16,43 Xác định lực ép lên đĩa ma sát: Ta viết lại phương trình Mms= = µ.P.Rtb.p Trong đó: µ: hệ số ma sỏt ca ly hp (à = 0,25 ữ 0,35 Chn µ = 0,3) p: số đôi bề mặt ma sát Đối với xe đĩa ly hợp p = P: lực ép lên đĩa ma sát Rtb: bán kính ma sát trung bình (N) =6,1168(KN) Chiều dày đĩa ma sát chiều dày đĩa ma sát 4÷5(mm) Vậy ta chọn: Tính áp lực tạo mặt ma sát Áp lực tạo vành khăn ma sát tính theo công thức sau: m2< 250 m2 Thỏa yêu cầu điều kiện bền Trong đó: P: lực ép cấu (KN) S: diện tích vành khăn ma sát (m2) 2.2 Cơng trượt riêng của ly hợp Do có hai q trình đóng ly hợp khác : Đóng ly hợp nhanh đóng ly hợp từ tư ̀,bởi sẽ có hai phương pháp khác để xác định công trượt, ta tính theo phương pháp hai q trình đóng ly hợp từ từ a) Mơ men qn tính qui dẫn Ja (kg.m2)  G + Gm Ja =  a g   r 2bx δ t ÷  ( ih i p i0 ) Trong : Ga –Trọng lượng tồn tơ , G = 27160(N) Gm– Trọng lượng tồn rơ móc , Gm = (N) g – Gia tốc trọng trường , g = 10 (m/s2) rbx–Bán kính làm việc bánh xe chủ động , rbx= 0,32 (m) ih – Tỷ số truyền hộp số Tính công trượt cho số ih=4,6 ip – Tỷ số truyền số phụ Khơng có hộp số phụ ip= i0 – Tỷ số truyền truyền lực chính ,i0 = 3,66 δt – Hệ số tính đến khối lượng chuyển động quay hệ thống truyền lực, tính toán δt = 1,05 ÷ 1,06 , chọn δt = 1,05 (kg/m2) b) Mô men cản chuyển động qui dẫn Ma (N.m) Ma= [(Ga+Gm).Ψ +Pω] rbx it ηt Trong : Ψ – Hệ số cản tổng cộng đường , Ψ = 0,02 Pω – Lực cản không khí Khi khởi hành xePω = it – Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực (it = ih1.ip.i0) ηt –Hiệu suất thuận hệ thống truyền lực Xe tải ηt = 0,93 ⇒ (N.m) - Thời gian t1 t2 tính t1 = Ma k k : Hệ số tỉ lệ , đặc trưng cho nhịp độ tăng mơ men đĩa ly hợp đóng ly hợp k = 150 ÷ 750 (Nm/s) với xe tải Chọn k = 500 (Nm/s) ⇒ Và t2 = A k mà :A = 2.J a ( ωm − ωa ) ωm – Tốc độ góc động đóng ly hợp ⇒ (rad/s) ωa – Tốc độ góc trục ly hợp Tính tốn cho lúc khởi hành xeωa = ⇒ A = =16,4 10 ⇒t2 ⇒ t0 = 34 = - Cơng trượt tồn L ly hợp t  L = L1 + L = M a ( ωm − ωa )  + t2 ÷+ J a ( ωm − ωa ) 2  (J) c) Công trượt riêng của ly hợp L0 = L ≤ [ L0 ] S p [L0] : Cơng trượt riêng cho phép Xe có trọng tải đến 50KN [L0] = 150000 ÷ 250000(J/ ) S : Diện tích bề mặt ma sát dĩa bị động S= p=2 số đôi bề mặt ma sát ⇒ L0 Như ly hợp thiết kế đạt yêu cầu tuổi thọ d) Tính tốn nhiệt độ của ly hợp Nhiệt độ tăng lên chi tiết tiếp xúc trực tiếp với ma sát thời gian ly hợp bi trượt Trong T – Nhiệt độ tăng lên chi tiết (0K) θ – Hệ số xác định phần cơng trượt dùng để nung nóng chi tiết cần tính, θ tính sau: 11 θ= – Đối với đĩa ép (n – số lượng đĩa bị động) 2n θ= – Đối với đĩa chủ động trung gian n L – Cơng trượt sinh tồn đóng ly hợp (J) c – Nhiệt dung riêng chi tiết bị nung nóng, thép gang c ≈ 500J/kg.độ m – Khối lượng chi tiết bị nung nóng (kg) Mỗi lần khởi hành ôtô chỗ điều kiện sử dụng ở đường phố T khơng vượt qua 100K Ta có: θ= 1 = với n = đĩa bị động 2n Δ T ≤ 100 ⇔ 100 ≥ θ L c.m ⇒m ≥ ⇒ T ≤ [T ] TÍNH TỐN CÁC ĐĂNG 3.1Kiểm tra sớ vòng quay nguy hiểm (nt) 12 Ta có số vòng quay cực đại nmaxcủa trục đăng ứng với tốc độ lớn xe: nmax = ne max (vòng/phút) ihn i p Ở : nemax – số vòng quay cực đại động cơ(v/p) ihn – số truyền cao hộp số chính(≤1) ip – Tỉ số truyền cao hộp số phụ Mà nemax = λ.nN Động dieselcó λ = ⇒ nemax= 1.3500 = 3500 (vòng/phút) ⇒ (vòng/phút) Số vòng quay nguy hiểm nt trục nt = (1,2 ÷ 2) nmax(vòng phút) Ta chọn nt = 1,2 nmax = 1,2.3977,3 = 4772,6(vòng phút) Trục đăng đặt tự điểm tựa trục rỗng nên: 13 Bề dày thành rỗng , chọn Đối với trục rỗng đặt tự gối tựa: với d = D - , thay d = D - - chọn l = 1,5 m vào phương trình ta phương trình bậc với D D + ( =0 Giải ta D = 0,1056 (m) D = -0,1006 (m) Chọn D = 0,1056 (m) = 10,56 (cm) d = D - = 0,1056 – 2.0,0025 = 0,1006(mm) 3.2 Tính tốn kiểm tra trục đăng - Mơmen xoắn cực đại trục tính theo công thức: M max = M e max ih1.i p1 M1 = cosα cosα Trong đó: Memax – Mơmen xoắn động cực đại ih1 – Tỷ số truyền ở tay số ip1 – Tỷ số truyền hộp số phụ, ip1 = -Loại truyền moment xoắn từ hộp số đén cầu chủ động có góc α từ 15 đến 20 α – Góc lệch giữ trục, chọnα = 200 - Ứng suất xoắn cực đại trục đăng τ= M 2max WX Mà Trong đó: D – Đường kính trục đăng 14 δ – B ề dày trục rỗng δ = 1,85 ÷ 2,5 (mm) ta chọn δ = 2,5 Vậy ứng suất xoắn cực đại trục đăng (MN/m2) Nhận xét: ta thấy với [ τ ] = 100 ÷ 300 (MN/m2) nên trục cácđăng làm việc đảm bảo an toàn - Giá trị góc xoắn θ trục đăng θ= 180 M e max ih1.i p1.l π G.J X cosα Trong đó: Memax – Mơmen xoắn động cực đại ih1 – Tỷ số truyền ở tay số ip1 – Tỷ số truyền hộp số phụ, ip1 = α – Góc lệch giữ trục, α = 200 l – Chiều dài trục đăng, l = 1,5 (m) Jx – Mômen quán tính tiết diện xoắn G – Mô đuyn đán hồi xoắn G = 80 GN/m2 = 80.105 kG/cm2 = 8.109 N/m2 Mômen quán tính tiết diện xoắn: Vậy giá trị góc xoắn θ trục đăng là: 15 (độ) Nhận xét: ta thấy θ ≤ [ θ ] với [ θ ] = 30 ÷ 90 nên trục đăng làm việc đảm bảo an toàn 16 ... +tỉ số truyền tay số ih2= +Do xe hộp số dọc ,có số OD ⇒ ih4 = 1.2 Tính tốn chi tiết của hộp số 1.2.1 Bánh của hộp số 1.2.1. 1Tính tốn thiết kế tởng thể + Chọn khoảng cách giữa trục A =... động ω e tốc độ góc ứng với momen cực đại (ωe = ωM) tính toán kiểm tra công trượt riêng ứng với chế độ khởi hành xe chỗ (ωa = ) 2.TÍNH TỐN LY HỢP 2.1 Xác định thông số bản của ly hợp Moment... nóng (kg) Mỗi lần khởi hành ôtô chỗ điều kiện sử dụng ở đường phố T không vượt qua 100K Ta có: θ= 1 = với n = đĩa bị động 2n Δ T ≤ 100 ⇔ 100 ≥ θ L c.m ⇒m ≥ ⇒ T ≤ [T ] TÍNH TỐN CÁC ĐĂNG 3.1Kiểm