CÁC ĐĂNG và KHỚP nối

CHƯƠNG 12 CÁC ĐĂNG VÀ KHỚP NỐI Các cụm hệ thống truyền lực thực truyền mô men thông qua trục truyền Sự truyền mô men cụm có vị trí chuyển dịch tương đối (khơng nằm chung vỏ) đòi hỏi trục truyền phải tạo nên khớp đặc biệt Các dạng khớp thường sử dụng ô tô khớp đăng, khớp nối mềm Trục truyền với dạng khớp đăng sử dụng để nối cụm có góc nghiêng truyền lực lớn ( 5o) thường xuyên thay đổi, khớp nối mềm bố trí với góc nghiêng truyền lực nhỏ (< 8o), thay đổi 12.1 CƠNG DỤNG, PHÂN LOẠI CÁC ĐĂNG A Cơng dụng Trục truyền gồm đoạn trục nối với khớp đăng then hoa di trượt, dùng để truyền chuyển động cụm không nằm chung vỏ, có góc nghiêng truyền lực lớn dịch chuyển tương Góc nghiêng truyền lực Trên hình 12.1a, hộp số bố trí cố định  khung hay vỏ xe, cầu xe liên kết với khung (vỏ) thông qua hệ thống treo (đàn hồi) Trên hình 12.1b, cầu xe bố trí khung xe, bánh xe Hộp số chủ động liên kết với khung xe thông qua hệ a) Khớp đăng thống treo Trong trình ô tô chuyển động, Thân đăng4 Cầu xe Bánh xe cụm dịch chuyển tương đối (chiều mũi tên) Trục truyền với đường tâm trục có dịch chuyển tương đối đảm bảo thông qua đoạn trục khớp đăng 2 b) Trục truyền cần đảm bảo: dạng cácchế đăng  Khả quay với tốc độ phầnHình chủ 12.1: động Bố trí bị động, hạn tốitrên đa ơtảitơ trọng động phát sinh truyền lực,  Truyền mô men xoắn với góc nghiêng truyền lực thường xuyên thay đổi cho phép thay đổi chiều dài thân trục truyền B Phân loại khớp đăng dùng trục truyền + Theo tính chất động học khớp đăng phân chia (khi trục làm việc có góc nghiêng truyền lực) thành: - Các đăng khác tốc: vận tốc quay tức thời trục khớp đăng khác nhau, - Các đăng đồng tốc: vận tốc tức thời trục khớp đăng Khớp đăng gọi theo tên nhà toán học người Ý Gerolamo Cardano (năm 1545) + Theo đặc điểm kết cấu khớp đăng thường gặp ô tô, thông qua tên gọi: Hooke, Bendix, Rzeppa, Tripot, đăng kép 12.2 NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH VÀ CẤU TẠO CÁC ĐĂNG KHÁC TỐC 12.2.1 NGUYÊN LÝ VÀ QUAN HỆ ĐỘNG HỌC Cấu tạo khớp đăng khác tốc kiểu Hooke trình bày hình 12.2a Khớp bố trí truyền mơ men với góc nghiêng truyền lực  thay đổi Cấu tạo khớp bao gồm trục chủ động trục bị động Trục chữ thập lồng vào lỗ hai nạng trục 3, thông qua cốc ổ lăn Các vòng chặn giúp định vị cốc bi trục chữ thập nạng trục Sơ đồ khớp không gian mô tả hình 12.2b Khi trục chủ động quay với góc 1 đó, trục chữ thập chuyển động quay theo làm trục bị động quay với góc 2 a) Cấu tạo Trục chủ động Trục bị động Đầu nạng trục Trục chữ thập Cốc chứa bi Ổ lăn Vòng đỡ phớt Phớt Vòng chặn a) Cấu tạo b) Sơ đồ 90 180 c) Vận tốc góc 2, 1 theo góc quay trục chủ động 10 o  2- [ ] 10 =45o 30o 15o =45o 30o 15o 1,4 1,2  2/ 1,0 0,8 0,6 e) Bố trí tơ Hình 12.2: Cấu tạo quan hệ động học khớp đăng khác tốc kiểu Hooke 360 O 270 45 90 135 180 O d) Quan hệ 1-1, 2/1 với giá trị  khác theo góc quay 1 Nếu góc nghiêng hai đường tâm trục =0, vận tốc góc tức thời 1 = 2, hai trục có tốc độ Nếu tồn góc nghiêng đường tâm trục   0, quan hệ hai góc quay hai trục là: tg tg tg2= cos 1 hay: 2=arctg cos 1 tg Sai lệch góc quay: 2-1= arctg cos 1 - 1= f(1) phụ thuộc vào góc quay 1 với chu kỳ 180o góc nghiêng  Khi  lớn sai lệch 2-1 lớn Vận tốc góc xác lập nhờ đạo hàm góc quay 2, 1 theo thời gian: d / dt  cos    d / dt 1  sin   sin  Đồ thị biểu diễn quan hệ (2-1), (2/1) ,khi vận tốc góc quay 1= const, mơ tả hình 12.2d Như trục bị động quay không trục chủ động quay Khớp đăng Hooke gọi khớp đăng khác tốc Trục truyền tơ thường bố trí hai khớp đăng khác tốc nối với thân trục dài góc nghiêng  giới hạn nhỏ 30o, sơ đồ hình 12.2e Để đảm bảo khả quay trục bị động 3 (khi 1 quay đều), kết cấu bố trí góc nghiêng 1 =2 thân trục có chiều dài thay đổi Khi 1= const, 2  const, khớp đăng thứ hai tạo nên bù góc quay đảm bảo 3= const Đoạn thân trục nối hai khớp (khi làm việc quay với vận tốc góc biến đổi 2) chi tiết ln phải chịu tải trọng động tác dụng tuần hoàn, đặc biệt số vòng quay cao, nên dễ bị hư hỏng mỏi mài mòn khớp then hoa di trượt 12.2.2 BỐ TRÍ TRỤC TRUYỀN VỚI CÁC ĐĂNG KHÁC TỐC TRÊN Ô TÔ Cấu tạo trục truyền sử dụng khớp đăng khác tốc (Hooke, hình 12.2a) nối cụm ô tô phụ thuộc vào chiều dài góc nghiêng truyền lực nối cụm, với nhiều dạng sơ đồ bố trí hình 12.3: trục truyền sở với hai khớp đăng (a), trục truyền hai khớp bố trí lệch (b), trục truyền hai khớp khơng có thân trục (c), trục truyền ba khớp có ụ đỡ mềm (d), trục truyền khớp có khớp nối mềm (e) 1 K1 a) 1 2 2 1 2 K1,K2 c) 3 2 1 K2 K2 3 K1 Um K2 d) 3 K1 b) 1 1 1 Km 1 K3 2 K1 3 Um 0 e) 0 3 Hình 12.3 Trục đăng kiểu Hooke K: Các khớp đăng kiểu Hooke : Các góc nghiêng truyền động Um: Ụ đỡ mềm Km: Khớp nối đàn hồi a) Trục truyền sở với hai khớp đăng Trục truyền sử dụng hai khớp đăng khác tốc K1, K2 nối với thân trục ( hình 12.4a) Chiều dài thân trục tùy thuộc vào khoảng cách cụm Trên thân trục bố trí khớp then hoa di trượt cho phép thay đổi chiều dài trục trục truyền làm việc Để đảm bảo khả đồng tốc trục chủ động bị động cần bố trí pha góc quay khớp đăng (2 = 1), hai khớp bố trí mặt phẳng Trên thân trục chỗ lắp then hoa có vạch dấu lắp ráp Thân trục cân tĩnh cân động tốt (nhờ thiết bị cân bằng, có miếng táp khối lượng) Sự cân khối lượng gây đứt thân trục truyền số vòng quay nguy hiểm Các trục chữ thập nằm nạng vừa quay vừa truyền tải động, ổ lăn nhỏ giúp giảm ma sát không gian bôi trơn theo định kỳ, lần lắp ráp Trong thân trục chữ thập 12 có khoan đường dẫn 13 từ vú mỡ đến bôi trơn ổ Trên nhiều HTTL ô tô tải có góc nghiêng truyền lực lớn, cụm động hộp số, cụm cầu chủ động bố trí cho giảm góc nghiêng trục truyền nhằm hạn chế tải trọng động nâng cao tuổi thọ trục truyền (hình 12.4d) Kết cấu trục truyền sở có hai khớp đăng sử dụng để nối cụm động với cầu xe, hộp số với hộp phân phối, nối truyền lực cầu ô tô nhiều cầu chủ động, nối hộp số với hộp thu công suất a) Trục truyền Dấu lắp ráp c) Bố trí trục truyền nối cụm cầu hộp phân phối K2 K2 K1 K1 13 12 b) Ổ đầu trục chữ thập K: Các khớp đăng Mặt bích chủ động Mặt bích bị động Thân trục Then hoa trục K2 11 10 K1 d) Bố trí HTTL giảm góc nghiêng trục truyền Hình 12.4 Trục đăng kiểu Hooke Trục truyền Cầu Cầu sau8 Cốc chứa bi Ổ lăn 10 Phớt chắn mỡ11 Phớt che bụi 12 Trục chữ thập b) Trục truyền ba cómỡ ụ đỡ 13.khớp Lỗ chứa mềm, trục truyền khớp với khớp nối mềm Để nối truyền động với khoảng cách dài, trục truyền bố trí thành nhiều đoạn nối với khớp có giá mềm đỡ trục Trên hình 12.5 trình bày dạng bố trí trục truyền cho ô tô vận tải thân dài sử dụng khớp đăng ụ đỡ mềm Trục gồm đoạn thân trục nối với thơng qua mặt bích trục Đoạn trục thứ bố trí song song với trục dọc xe đặt ụ đỡ mềm U m Khớp K1 đóng vai trò bù góc biến dạng khung xe ụ đỡ mềm Đoạn trục thứ hai có cấu tạo trục truyền sở hai khớp đăng K2, K3 thực chức đảm bảo vận tốc trục cầu xe (trục bị động) vận tốc trục hộp số (trục chủ động) K: Các khớp đăng Um: Ụ đỡ mềm Hộp số Cầu Đoạn trục thứ Đoạn trục thứ hai Um Um K1 K3 K2 K1 Ổ bi Giá đỡ ổ bi Ụ cao su Mặt bích nối Giá treo ụ K3 K2 Hình 12.5: Trục truyền ba khớp có ụ đỡ mềm Trên hình 12.6 trình bày dạng bố trí trục truyền cho tơ có cầu sau chủ động với góc nghiêng truyền lực () nhỏ Trục gồm đoạn thân trục nối với thông qua khớp đăng K1 Đoạn trục bắt với hộp số nhờ khớp đàn hồi K m Đoạn trục nối khớp K1 với cầu xe mặt bích Cầu xe bố trí liên kết với khung vỏ, nên biến dạng giá đ ỡ mềm Um nhỏ Toàn trục truyền coi bố trí liên kết với khung vỏ Khớp đăng K1 giúp cho trục truyền chịu ảnh hưởng biến dạng Kết cấu trục truyền sử dụng cho liên kết bánh xe với khung vỏ nhờ hệ thống treo độc lập K: Các khớp đăng Um: Ụ đỡ mềm Km: Khớp nối đàn hồi Hộp số Cầu Đoạn trục Đoạn trục Mặt bích nối Km K1 Um Hình 12.6 Trục truyền khớp đăng với khớp nối mềm c) Trục truyền hai khớp khơng có thân trục Trục truyền dạng sử dụng đăng đồng tốc với tên gọi đăng chữ thập kép (sẽ trình bày mục D) 12.3 CẤU TẠO VÀ BỐ TRÍ CÁC ĐĂNG ĐỒNG TỐC 12.3.1 NGUN LÝ HÌNH THÀNH Khớp đăng đồng tốc hình thành sở truyền mô men hai trục cặp bánh có kích thước Điểm truyền lực cặp bánh côn thực nhờ ăn khớp với hình 12.7a, trục chủ động bị động khớp quay tốc độ  /2  /2 Khi thay đổi góc truyền  thiết phải sử     dụng dạng đặc biệt Trong kết cấu đồng tốc  sử dụng bi truyền lực (hoặc số dạng kết cấu khác) thay ăn khớp (hình 12.7b), điều kiện đồng tốc hai trục đảm bảo a) Khớp bánh a) Khớp bi điểm ăn khớp truyền lực luôn nằm mặt Hình 12.7 Nguyên lý hình thành khớp phẳng phân giác góc tạo hai trục, kể đồng tốc góc truyền lực thay đổi Cấu tạo đăng đồng tốc đa dạng, phần lớn sử dụng bi truyền lực Kết cấu đăng bi đồng tốc bố trí điểm truyền lực hai nạng (mỗi bi điểm tiếp xúc hai nạng trục), cần đảm bảo định vị viên bi truyền lực luôn mặt phẳng phân giác nói Ngồi kết cấu bi gặp số dạng kết cấu khác, tuân thủ điều kiện đồng tốc Các đăng đồng tốc dùng phổ biến cầu trước chủ động dẫn hướng, đảm bảo truyền mô men chủ động cầu xe bánh xe dẫn hướng, bánh xe thường xuyên thay đổi góc dẫn hướng 12.3.2 CẤU TẠO CÁC LOẠI KHỚP CÁC ĐĂNG ĐỒNG TỐC A Khớp đăng Bendix Weiss Cấu tạo, nguyên lí làm việc đăng Bendix Weiss trình bày hình 12.8 a) Cấu tạo b) Nguyên lý làm việc = 5 d) Bố trí cầu trước chủ động dẫn hướng Mặt phẳng phân giác 10 Trục với nạng chủ động viên bi truyền lực Trục với nạng bị động Bi chốt định tâm Các rãnh cong chứa bi Dầm cầu (cố định) Chốt quay (trụ đứng) Dầm cầu (quay) Moay bánh xe 10 Đệm chặn c) Bi nằm rãnh truyền lực Hình 12.8: Cấu tạo, nguyên lý làm việc khớp đồng tốc (các đăng Bendix Weiss) Các trục 1, có nạng hình chữ C, hai đầu nạng có rãnh tròn cong chứa bi Viên bi, nằm hai rãnh trục chủ động trục bị động, đảm nhận chức truyền lực Các rãnh cong kết cấu đủ dài, để viên bi di chuyển với góc nghiêng hai trục lớn 35o Với viên bi bố trí vậy, chiều quay có viên bi tham gia truyền lực Các rãnh cong tròn chế tạo có tâm tâm quay khớp cố định viên bi trung tâm Viên bi trung tâm chốt, đệm chặn 10 đảm nhận chức định vị hai nạng Khi đường tâm trục nghiêng với góc , giao rãnh trục chủ động bị động vị trí chứa bi (hình 12.8c), bốn viên bi truyền lực nằm mặt phẳng phân giác (/2) cách tâm Khớp đăng đáp ứng điều kiện truyền lực hai trục với vận tốc góc (các đăng đồng tốc) Các đệm chặn 10 chế tạo vật liệu chịu mài mòn, giúp tỳ vào hai trục khớp để định tâm khớp Khớp (hình 12.8d) bơi trơn mỡ có phớt chắn dầu, chắn bụi cẩn thận Khớp đăng đồng tốc Bendix Weiss dùng cho bán trục cầu dẫn hướng với hệ thống treo phụ thuộc Để đảm bảo điều kiện làm việc khớp, cần hạn chế góc quay lớn bánh xe dẫn hướng để tránh tượng viên bi chạy khỏi rãnh tròn nạng Dạng khớp Bendix Tracta thay viên bi mặt phẳng truyền lực hình 12.9 Kết cấu sử dụng cam quay cong tròn để thay đổi góc nghiêng trục  Loại khớp cho phép góc lệch hai trục đến 50 o thường dùng để truyền lực đến bánh xe cầu trước chủ động dẫn hướng Tuy nhiên hiệu suất truyền lực khớp thấp kết cấu dạng bi Trục chủ động Trục bị động 3, Cam quay =0 =45o =0o B Khớp đăng kiểu Birfield Rzeppa lực2 qua =45 o Khớp Birfield Rzeppa sử dụng nguyên 1lý truyền viên bi (khớp Bendix Weiss) o =90 với số thay đổi thể hình 12.10 Trục chủ động nối then hoa với ống dẫn bi có sáu rãnh cong chứa bi Trục bị Hình 12.9 Cấu tạo khớp đăng Bendix Tracta động chế tạo liền với nạng bị động bao ngồi Trong nạng bố trí sáu rãnh cong chứa bi Sáu viên bi bố trí rãnh tròn hai trục, định vị vòng cách 4, đảm nhận nhiệm vụ truyền lực hai trục khớp 45o 20o 98 =40o x Tâm khớp 4 Cấu tạo nguyên lý làm việc Trục chủ động viên bi Vỏ bao kín Vòng cách Ống dẫn bi 6,Trục bị động7 Nạng bị động Rãnh bi Hình 12.10: Khớp đăng đồng tốc Birfield Rãnh bi a) max=22o ; x= 45mm 98 Rzeppa b) max=47o ; x= 5mm Cấu trúc rãnh cho phép viên bi nằm mặt phẳng phân giác truyền lực, đảm bảo khả đồng tốc hai phần khớp Góc nghiêng cực đại trục, khoảng dịch chuyển tối đa (x) tùy thuộc vào hình dạng rãnh cong ngồi Các kết cấu điển hình đặc điểm làm việc trình bày hình 12.10a,b Khớp bôi trơn dầu truyền lực bao kín vỏ cao su xếp C Khớp nối kiểu Tripot Khớp nối kiểu Tripot bố trí góc nghiêng hai trục khoảng dịch chuyển tối đa (x) lớn, với kết cấu trình bày hình 12.11 Kết cấu dạng cải biên đăng đồng tốc với nguyên lý trình bày hình 12.11a Ba rãnh mở lớn dọc theo đường sinh, chứa ba lăn (một phần dạng cầu) Nạng trục chủ động liên kết với chạc ba then hoa định vị hai vòng khóa Trên đầu chạc ba bố trí lăn Các lăn di chuyển theo góc truyền lực chạy rãnh nạng Toàn khớp bôi trơn mỡ bọc vỏ cao su Khớp có khả truyền lực với góc lệch trục lớn 15 o khoảng dịch chuyển dọc tối đa 55 mm 2 4 b) Mặt cắt 3 a) Nguyên lý kết cấu Trục chủ động Chạc ba Con lăn truyền lực Trục bị động c) Các chi tiết Hình 12.11: Khớp đăng Tripot D Khớp đăng chữ thập kép Một kết cấu khớp đăng sử dụng hai khớp Hooke tạo thành khớp đăng đồng tốc (khớp đăng chữ thập kép) dùng cho cầu chủ động dẫn hướng Cấu tạo khớp đăng chữ thập kép trình bày hình 12.12 b) Mặt cắt a) Cấu tạo a) Cấu tạo Trục chủ động Trục chữ thập kép Nạng trục Trục bị động Vỏ trục chữ thập Ổ cố định Ổ đỡ di trượt c) Quan hệ hình học  Hình 12.12: Khớp đăng chữ thập kép Khớp bố trí vỏ bao trục chữ thập 5, vỏ đặt hai trục chữ thập gần tạo thành khớp Sơ đồ cấu trúc mơ tả hình 12.12c Các đăng chữ thập kép hình thành từ hai khớp đăng khác tốc, góc truyền  thay đổi, trục chủ động cần di chuyển nhỏ ổ để đảm bảo quan hệ hình học (hình 12.12c) Các loại đăng đồng tốc trình bày bố trí cầu chủ động với hệ thống treo độc lập Kết cấu điển hình mơ tả hình 12.13 Trên cầu xe khả bố trí đăng đồng tốc phụ thuộc vào bố trí chung tồn tơ Để đảm bảo tuổi thọ đăng đồng bố trí giảm tải trọng động cho đăng cách sử dụng đăng đồng tốc có chiều dài nhờ trục nối trung gian (b) bố trí trục dài có khớp cao su giảm dao động xoắn (c) Cầu xe 12 a) Cầu xe 1 Trục trung gian 2 c) 1=2 Gôi cao su b) Khớp Rzeppa Ống cao su Khớp Tripod Hình 12.13: Bố trí đăng đồng tốc hệ thống treo độc lập 12.4 KHỚP NỐI MỀM Trên tơ có mơ men xoắn truyền khơng lớn, góc nghiêng truyền lực nhỏ (dưới o) bố trí khớp nối cao su (khớp nối mềm) chỗ liên kết trục truyền Khớp nối cao su thường có hai dạng kết cấu: dạng đĩa dạng liền khối Dạng đĩa: kết cấu gồm hai nạng chạc cách Các đầu chạc nạng bố trí xen kẽ bắt chặt với đĩa cao su nhờ mặt bích (hình 12.14a) Sự di chuyển dọc trục thực nhờ mối ghép then hoa thân trục thân nạng Hình 12.14: Khớp nối mềm 10 Trục chủ động Trục bị động Nạng trục chủ động Ổ bi 5 Đĩa cao su 6 Đệm đỡ ổ bi7 Nạng trục a) Dạng đĩa a) Dạng khối bị động Tấm kẹp cao su Dạng liền khối: khối cao su (hình 12.10b) bố trí phần chủ động bị động Mặt bích khớp nối 10 Sử Khối dụng caocao su su khối tạo điều kiện phân bố lực tác dụng, tăng khả chịu kéo hay nén cung rộng truyền lực qua khối cao su Sử dụng khớp nối mềm cao su vừa có tác dụng giảm độ cứng hấp thụ lượng dao động hệ thống truyền lực, giảm tải trọng động tiếng ồn hệ thống Kết cấu khớp nối mềm cao su đơn giản, khả truyền mô men nhỏ không cho phép thay đổi lớn vị trí cụm truyền  ... truyền lực Trục bị động c) Các chi tiết Hình 12.11: Khớp đăng Tripot D Khớp đăng chữ thập kép Một kết cấu khớp đăng sử dụng hai khớp Hooke tạo thành khớp đăng đồng tốc (khớp đăng chữ thập kép) dùng... (/2) cách tâm Khớp đăng đáp ứng điều kiện truyền lực hai trục với vận tốc góc (các đăng đồng tốc) Các đệm chặn 10 chế tạo vật liệu chịu mài mòn, giúp tỳ vào hai trục khớp để định tâm khớp Khớp... khớp đăng kiểu Hooke : Các góc nghiêng truyền động Um: Ụ đỡ mềm Km: Khớp nối đàn hồi a) Trục truyền sở với hai khớp đăng Trục truyền sử dụng hai khớp đăng khác tốc K1, K2 nối với thân trục ( hình