Tính toán thiết kế hộp số ô tô, đồ án môn học kết cấu tính toán ô tô, đại học công nghệ GTVT

Tính toán thiết kế, hộp số ôtô, đồ án môn học, kết cấu tính toán ôtô, đại học công nghệ GTVT

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG

DẪN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN ÔTÔ -o0o -

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -o0o -

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ÔTÔ

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quang Thống Lớp: 65DCOT31

Ngày bắt đầu: 21/09/2017 Ngày hoàn thành: …/…/2017

Giáo viên hướng dẫn: Vũ Thế Truyền

1 Đầu đề thiết kế: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ ÔTÔ

2 Số liệu cho trước:

+ Loại ô tô: xe khách - D

+ Trọng lượng toàn bộ:3500 (KG)

+ Động cơ diesel có:

+ Công suất cực đại: 88 [kW]

+ Mô men cực đại: 285 [Nm]

3.2 Bản vẽ và đồ thị:

3.3 Hình thức: Theo "Quy định về hình thức đồ án thiết kế môn học của Bộ môn Ôtô"

Thái Nguyên, ngày 21 tháng 09 năm 2017

GV hướng dẫn

Vũ Thế Truyền

Lời nói đầu

Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển như vũ bão, mang lại lợi ích cho con người về tất cả lĩnh vực tinh thần vật chất Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập vào sự phát triển chung của cả nước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và nhà nước ta đã đề ra mục tiêu trong những năm tới là công nghiệp hóa hiện đại hóa

Muốn thực hiện được điều đó một trong những sinh viên cần quan tâm phát triển

đó là nghành cơ khí đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị côngcuộc xây dựng đất nước cần đẩy mạnh đội ngũ cán bộ kỹ thuật cố trình độ chuyên môn cao, đồng thời phải đáp ứng được yêu cầu của công nghệ tiên tiến, công nghệ

tự động hóa theo dây truyền trong sản xuất

Môn học Tính toán thiết kế ô tô là một trong những môn học không thể thiếu được với các nghành kỹ thuật, vì thế làm đồ án môn học là công việc rất quan trọng và cần thiết để chúng ta hiểu sâu , hiểu rộng những kiến thức đã được học ở cả lý thuyết lẫn thực tiễn, tạo tiền đồ cho những môn học sau này

Với những kiến thức đã được học, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo VŨ THẾ TRUYỀN trong thời gian qua em đã hoàn thành nhiệm vụ đồ án của môn học này Nhưng do đây là lần đầu tiên làm đồ án môn học nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự góp ý của thầy giáo để đồ án môn học được hoàn thiện hơn Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy giáo trong thời gian qua

Thái nguyên , ngày 19 tháng 9 năm 2017 Sinh viên

MỤC LỤC GV HD : VŨ THẾ TRUYỀN 2

CHƯƠNG I : TÔNG QUAN VỀ HỘP SỐ 4

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống hộp số : 4

1.1.1.Công dụng : 4

1.1.2 Yêu cầu của hộp số : 4

1.1.3 Phân loại hộp số : 4

1.1.3.1 Phân loại theo phương pháp thay đổi tỷ số truyền 4

1.1.3.2 Phân loại theo cơ cấu điều khiển 6

1.1.3.4 Phân tích chọn phương án kết cấu hộp số 7

1.2 Đặc điểm kết cấu của hệ thống hộp số : 7

1.2.1 Phân tích kết cấu hộp số theo trục số : 7

1.2.2 Phân tích đặc điểm hộp số theo cấp : 9

1.2.3 Hộp số nhiều cấp : 10

1.2.3 Hộp số tự động : 11

1.2.4 Bộ đồng tốc 12

1.2.5 Kết luận chọn hộp số thiết kế: 12

Chương II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG HỘP SỐ 14

2.1 Xác định tỷ số truyền chính : 14

2.1.1 Chọn lốp : 14

2.1.2 Chọn vật liệu : 16

2.1.3 Tính toán các kích thước cơ bản của hộp số 17

2.1.3.1 Tính sơ bộ khoảng cách giữa các trục : A 17

2.1.3.2 Mô đun của bánh răng : m 17

2.1.3.3 Tính bề rộng cuả các bánh răng : 17

Sinh viên: Nguyễn Quang Thống

2.1.3.4 Xác định số răng của bánh răng : 18

2.1.3.5 Tính toán số răng chủ động : 19

2.2 Xác định lại góc nghiêng của răng ; 23

2.2.1Xác định các thông số cơ bản của bánh răng : 23

3.1 Tính moomen truyền đến hộp số : 32

3.1.1 Mô men truyền đến các trục của hộ số 32

3.1.2 Các lực tác dụng lên các cặp bánh răng : 32

4.1Tính toán kết cấu trục của hộp số : 34

4.1.2 Chọn sơ bộ kích thước các ổ bi đỡ trục và chiều dài hộp số : 35

4.1.3 Tính trục theo điều kiện bền : 36

4.1.4 Tính trục theo cững vững 37

5.1 Tính lực 38

5.1.1 Mô men uốn tải mặt cắt nguy hiểm 38

5.1.2.ki m nghi m tr c theo h s an toàn ểm nghiệm trục theo hệ số an toàn ệm trục theo hệ số an toàn ục theo hệ số an toàn ệm trục theo hệ số an toàn ố an toàn 39

a, Trục 1: 41

1 Tính lực 41

2 Mô men uốn tải mặt cắt nguy hiểm 41

3 Tính chính xác trục 42

4, Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn 42

6, Chọn ổ bị tròn 44

6.1 Kiểm nghiểm khả năng chịu tải tĩnh : 46

b, Trục 2 46

c, Trục 3 49

6.1 Momen ma sát của bộ đồng tốc 51

6.2 Bán kính ma sát của bộ đồng tốc 52

6.3 Xác định bề mặt nghiêng của góc hãm 53

6.4 Chiều rộng của bề mặt ma sát đồng tốc : 53

6.4.1 Xác định thời gian gài số thực tế của đồng tốc 54

6.4 2 Công trượt riệng của đồng tốc : 54

CHƯƠNG III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

CHƯƠNG I : TÔNG QUAN VỀ HỘP SỐ

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống hộp số :

1.1.1.Công dụng :

- Hộp số dùng để thay đổi tỷ số truyền nhằm thay đổi tỷ số truyền giữa các bánh xe chủ động của ô tô, đồng thời điều chỉnh tốc độ chạy cho phù hợp bên ngoài.

- Thay đổi chiều chuyển động của ô tô tiến hoặc lùi

- Tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong khoảng thời gian tùy ý mà không cần tắt máy và mở ly hợp

- Dẫn động lực học ra cho các bộ phận công tác của xe chuyên dùng

1.1.2 Yêu cầu của hộp số :

- Có đủ tỷ số truyền một cách hợp lý để nâng cao tính kinh tế , và động lực học của ô tô.

- Hiệu suất làm việc cao khi làm việc không gây tiếng ồn , thay đổi nhẹ nhàng không sinh lực va đập giữa các bánh răng.

- Kết cấu gọn ngàng dễ thao lắp sửa chửa , giá thành rẻ

1.1.3 Phân loại hộp số :

1.1.3.1 Phân loại theo phương pháp thay đổi tỷ số truyền

+ Loại hộp số có cấp

- Ngày nay trên ô tô dùng nhiều nhất là hộp số có cấp

( loại này thay đổi tỷ số truyền bằng cách thay đổi sự ăn khớp giữa các bánh răng ), cấu tạo đợn giản làm việc chắc chắn hiệu suất truyền cao , giá thành rẻ

+ Trong hộp số có cấp chia làm hai :

+ Theo tính chất trục truyền :

- Loại trục tâm cố định việc thay đổi số bằng các con trượt thường

có loại hai trục tâm dọc hoặc ngang , loại ba trục tâm dọc

- Loại có trục tâm di động : ( hộp số hành tinh )

+ Theo cấp số ta có loại : hộp số 3 cấp, 4 cấp, 5 cấp ,

- Nếu hộp số càng nhiều cấp tốc độ càng cho phép sự dụng hợp lý công suất của động cơ , trong điều kiện lực cản khác nhau do đó tăng được tính kinh tế trong thời gian nhưng thay đổi số dài , kết cấu phức tạp

+ Loại hộp số vô cấp :

- Hộp số vô cấp là có thể thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục trong một thời gian nào đó , thay đổi tự động , liên tục phụ thuộc vào sức cản của ô tô , rút ngắn được quảng đường tăng tốc , tăng tốc lớn nhất tốc độ trung bình của động cơ

+ Hộp số cơ học ( ít sự dụng )

+ Hôp số ma sát ( ít sự dụng )

+ Hộp số kiểu va đập ( ít sử dụng )

+ Hộp số vô cấp dùng điện : dùng động cơ đốt trong kéo máy phát điện cung cấp điện cho động cơ điện đặt ở bánh xe chủ động ( hoặc có nguồn điện từ ắc quy ) ta thay đổi dòng điện kích thích sẽ làm thay đổi momen truyền tới bánh xe chủ động

+ Hộp số vô cấp thủy lực : truyền năng lượng momem xoắn nhờ năng lượng dòng chất lỏng có thể là thủy động , thủy tĩnh hộp số vô cấp thủy lực có kết cấu phức tạp , giá thành cao , khó sửa chữa , hiệu suất truyền lực thấp

1.1.3.2 Phân loại theo cơ cấu điều khiển

+ Loại điều khiển cưỡng bức ( thường sộp số có cấp )

+ Loại điều khiển bán tự động ( thường ở hộp số kết hợp )

+ Loại điều khiển tự động ( thường là hộp số vô cấp )

1.1.3.4 Phân tích chọn phương án kết cấu hộp số

- Bước quan trong trong tính toán thiết kế hộp số phải phân tích kết cấu của hộp số ô tô , chọn phương an hợp lý Việc phân tích này phải dựa trên các yêu cầu đảm bảo hộp số làm việc tốt chức năng

- Thay đổi momen xoắn truyền tự động đến bánh xe chủ đông

- Cho phép ô tô chạy lùi

- Tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi xe dừng mà động cơ vẫn làm việc

+ hộp số thiết kế phải đáp ứng các yêu cầu sau :

1 Có tỷ số truyền hợp lý đảm bảo chất lượn kéo cần thiết

2 Không gây va đập trong quá trình gài số , các bánh răng ăn khớp

và có tuổi thọ cao.

3 Hiệu suất truyền lực cao

4 Kết cấu đơn giản , gọn nhẹ, dễ chế tạo , điều khiển nhẹ nhàng , có

độ bền tin cậy cao

+ nhiệm vụ của bộ đồng tốc là : cân bằng góc giữa các bắng răng chủ động và bị động trước khi ăn khớp với nhau

1.2 Đặc điểm kết cấu của hệ thống hộp số :

1.2.1 Phân tích kết cấu hộp số theo trục số :

+ hộp số có ít nhất 3 trục ( hộp số đồng tâm ) kết cấu thường

có ít nhất 3 trục chuyển động trục thứ cấp , trục sơ cấp trung gian trục trung gián có thể cho nhiều trục nắp xung quanh trục làm độ cững vững và ăn khớp tốt nhất

chắc , phù hợp với thời gian làm việc dài hiệu suất làm việc cao , tăng công tác làmviệc tuổi thọ cao , giảm tiêu hao nhiên liệu

- Nhược điểm : trục thứ cấp phải đặt gối đỡ lên ổ bi của phần rông của đầutrục ra sơ cấp hạn chế bởi điều kiện kết cấu nên ô bị không thể tính chọn theokết cấu mà ta phải chọn

+ Hộp số kết cấu 2 trục ;

Hộp số cơ khí hai trục là loại hộp số thông dụng cơ khí thường dùng gồm trục sơcấp gắn trên bánh răng chủ động và trục thứ cấp gắn trên bánh răng chủ đông nhằmtruyển tỷ số momen thằng loại hộp số 2 cấp có thể truyền tỷ số momen thẳngtrong quá trình làm việc như hộp số nhiều trục khác

chắc , phù hợp với thời gian làm việc dài hiệu suất làm việc cao , tăng công tác làmviệc tuổi thọ cao , giảm tiêu hao nhiên liệu trong quá trình làm việc thì công suấttruyền tỷ số luôn cao

- Nhược điểm : kết cấu hộp số không đơn giản , chiều ngang của hộp sốlớn kéo theo đó là tỷ số truyền lớn đồng thời xe keó có trọng lượng lớn

1.2.2 Phân tích đặc điểm hộp số theo cấp :

+ Hộp số thường : ảnh hưởng đến tính năng động lực cũng như tĩnh năngnhiên liệu của xe Số cấp tăng lên thi đồng thời tính năng nhiên liệu của xe cũngtăng lên đồng thời tính năng lấy đà và tăng tốc cũng nhanh lên , đồng thời quá trìnhgài số cũng phức tạp

- Đối với một số loại xe thường đảm bảo kết cấu gọn nhẹ tỷ số truyền thấpđồng thời tiết kiệm nhiên liệu trong quá trình di chuyển

- Trong quá trình thay đổi tỷ số truyền thuận tiện dễ dàng không tiêu hao nhiênliêu nhiều trong quá trình thay đổi tỷ số truyền

1.2.3 Hộp số nhiều cấp :

+ Để nâng cao tính động lực , kinh tế và tuổi thọ của hộp số thì người ta thiết kế sao cho tỷ số truyền thấp nhất <1 trong quá trình xe chạy ổn định trên đường tốt , đồng thời xe chạy ổn định kết cấu hộp số nhỏ gọn dễ tháo nắp và sửa chửa

+ Trên xe tải hộp số nhiều cấp đươc phân bố rông rãi

Vì hộp số trên xe tải luộn chịu tải trọng lớn trong quá trình vận chuyển lên kết cấu hộp số phải phải có cả hộp số phụ nhằm thay đổi tỷ số truyền cho phù hợp với tốc

độ và tải trọng mà xe đang vận chuyển

+ Ưu điểm : Thay đổi tỷ số truyền một nhanh chóng , độ bền cao , dễ thao nắp sửa chữa và thay thế , có tính năng có động

+ Nhược điểm : Kết cấu hộp số không đơn giản , chiều ngang của hộp số lớn kéo theo đó là tỷ số truyền lớn đồng thời xe keó có trọng lượng lớn.

Sự khác biệt chủ yếu giữa hộp số tự động và hộp số cơ là hộp số cơ thay đổi việc gài các bánh răng ăn khớp với nhau để tạo nên giá trị tỷ số truyền khác nhau giữa trục sơ cấp (nối liền với động cơ) và trục thứ cấp (nối liền với trục truyền ra các cầu chủ động) Trong khi

ở hộp số tự động thì khác hẳn, bộ bánh răng hành tinh sẽ thực hiện tất cả những nhiệm vụ phức tạp đó.

hạn chế việc tăng số khi bạn đang lái xe trên đoạn đường đường vòng và đườngvênh? Khi bạn lái xe lên dốc đường đồi núi vòng vèo Nếu bạn gặp những đoạnđường thẳng, cần chọn số đang để ở số 2 bạn cần tăng ga bao nhiêu Nếu bạn gặpchỗ ngoặt và xuống dốc, bạn nhấc chân khỏi bàn đạp ga và đạp phanh Đa số cáchộp số sẽ tăng số đến số 3 hay là số truyền tăng tốc khi bạn nhấc chân khỏi bàn đạp

ga Rồi khi bạn tăng tốc khỏi chỗ ngoặt, chúng lại giảm số Nhưng nếu bạn đangđiều khiển một chiếc xe có hộp số cơ khí thông thường, chắc chắn bạn sẽ cho chiếc

xe chạy ở một số duy nhất trong toàn chặng đường Một vài hộp số tự động có hệthống điều khiển cao cấp có thể nhận biết được việc bạn liên tục cua gấp, nó sẽkhông thực hiện tăng giảm số liên tục

Trên hình vẽ cho thấy mặt côn trên bánh răng màu xanh vừa khít với phần mặt côn trên bánh răng màu tím Ma sát tạo ra giữa hình côn và bánh răng màu tím cần phảibằng tốc độ giữa bánh răng màu tím và bánh răng cần ăn khớp Sau đó phần bên ngoài của bánh răng màu tím sẽ trượt vào để các răng của bánh răng màu tím ăn khớp với phần răng của bánh răng màu xanh.

Hiện nay, các nhà sản xuất xe hơi đều sử dụng bộ đồng cho hộp số sàn tuy nhiên, nguyên lý là chung nhưng cấu tạo chi tiết là có sự khác biệt Chính vì vậy, bạn có thấy tại sao cùng dùng hộp số sàn nhưng độ êm và mượt ở mỗi xe là khác nhau

Mộ trong những nguyên nhân chính là do chất lượng của bộ đồng tốc

1.2.5 Kết luận chọn hộp số thiết kế:

+ Chọn hộp số thiết kế cho xe khách _ D :

Chương II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG HỘP SỐ

Trong đó : ψ là hệ số cản của ôt ô mà đường có thể khắc phục được

khi đang ở đường bằng

i h k=n−1√i h 1(n −k)

Với : n là số cấp của hộp số :

K là số thứ tự của truyền+ thay vào ta có :

-Tỷ số truyền của tay số 1 : i h 1 = 3,5

-Tỷ số truyền của tay số 2 : i h 2 = 2,55

-Tỷ số truyền của ta số 3 : i h 3 = 1,87

-Tỷ số truyền của tay số 4 : i h 4 = 1,36

-Tỷ số truyền của tay số 5 : i h 5 = 1

-Tỷ số truyền của số lùi : i lùi = 1,2.3,5 = 4,2

2.1.3 Tính toán các kích thước cơ bản của hộp số

2.1.3.1 Tính sơ bộ khoảng cách giữa các trục : A

Vì hộp số thiết kế có các trục cố định nên khoảng cách giữa các trục sơ bộ giữa

các trục A được tính

A = C 3√M emax

C là hệ số kinh nghiệm ( với xe khách ta chọn c = 13 )

A = C 3√M emax = 85,55 (mm)

2.1.3.2 Mô đun của bánh răng : m

+ khi chọn mô đun cho bánh răng phải đảm bảo yêu cầu :

- Bánh răng làm việc ít ồn

- Truyền moomen đều đặn , ăn khớp đúng cho dù sai lệch ít về khoảng cách

- Bánh răng phải đủ độ bền

+ Để đơn giản công nghệ chế tạo và sửa chữa nên chọn mô đun thống nhất với

nhau giữa các bánh răng nghiêng

- Chúng ta có 2 phương pháp :

- Cách 2 : M = M emax.i h 1.0,96

Với m là mô đun pháp truyến

M là momen xoắn được tính

M = M emax.i h 1.0.96 = 285.3,5.0,96 = 957,6 (KN.m )

2.1.3.3 Tính bề rộng cuả các bánh răng :

+ theo công thức thực nghiệm ta có :

b = 0,24.A = 0,24.85,55 = 20,53

vậy : b = 22

tra theo bảng ta chọn mô đun pháp truyến : m = 4

2.1.3.4 Xác định số răng của bánh răng :

Chọn tỷ số truyền của các cặp bánh răng luôn ăn khớp

Đối với hộp số hiện nay ta chọn được i a = (1.6 ÷ 2,5 )

i a=2,1

Mà ta có : i a=Z a '

Z a = 2,1 Vậy ta có :Z a = 12 răng

Z ' a = 25 răng

Chọn lại : i a=Z a '

Z a = 2+ việc làm tròn số răng không những ảnh hưởng đến tỷ số truyền mà còn ảnh hưởng đến khoảng cách trục A Vì vậy phải kiểm tra lại khoảng cách trục A của các bánh răng ăn khớp

A ¿m ¿ ¿ ¿ = 4.37,042.0,866 = 85,54 (mm )

+ vậy tỉ số truyền các cặp bánh răng được gài ở các tỉ số truyền khác nhau.

i gi=i hi

i a

không tính ở tay số 5 mà đây là tay truyền thẳng

- Thay số vào ta được :

Để tiệt tiêu các lực dọc trục trên các trục trung gian cần xác định lại các góc nghiên của các bánh răng :

+ Tính chính xác lại số răng trên trục trung gian theo công thức ;

2.2 Xác định lại góc nghiêng của răng ;

Để khoảng cách trục như nhua cho các bánh răng ăn khớp ta cần điêuù chỉnh

+ Góc nghiêng của răng :

cosββ i=m Z t

2 A

Thay số vào ta có :

Bảng 1 : xác định các thông số của bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp

Bảng gài số 1 của bánh răng trụ thẳng ;

Bảng số 2 : răng trụ răng thẳng tay số 2