Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN HỘP SỐ 5 1.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại 5 1.1.1. Công dụng 5 1.1.2. Yêu cầu 5 1.1.3. Phân loại 6 1.2. Hộp số cơ khí thông thường 7 1.2.1. Cấu trúc truyền mô men 7 1.2.2. Bộ phận điều khiển chuyển số 9 CHƯƠNG II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỘP SỐ 16 2.1. Lựa chọn phương án thiết kế 16 2.2. Thiết kế tính toán hộp số 17 2.1.1. Tính toán tỷ số truyền 17 2.1.2. Xác định tỷ số truyền tay số 1 18 2.1.3. Tính toán các thông số cơ bản của bánh răng 19 2.2. Tính bền bánh hộp số 24 2.2.1. Chế độ tải trọng 24 2.2.2. Tính bền bánh răng 25 2.3. Tính toán trục hộp số 27 2.3.1. Chọn vật liệu trục 28 2.3.2. Tính sơ bộ kích thước trục hộp số 28 2.3.3. Tính bền trục 28 2.4. Tính toán ổ lăn 34 CHƯƠNG III. KIỂM TRA BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỘP SỐ 37 3.1. Kiểm tra sửa chữa 37 3.1.1. Kiểm tra vỏ hộp số 37 3.1.2. Kiểm tra mặt răng các bánh răng 37 3.1.3. Kiểm tra các vòng bi 37 3.1.4. Kiểm tra cơ cấu đồng tốc 37 3.1.5. Kiểm tra cần số 37 3.1.6. Kiểm tra càng gạt 37 3.1.7. Kiểm tra cơ cấu định vị và cơ cấu chống gài hai số 37 3.2. Chú ý khi tháo lắp 37 3.2.1. Chú ý khi tháo 37 3.2.2. Chú ý khi lắp 38 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN HỘP SỐ 1.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại 1.1.1. Công dụng - Thay đổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực để tạo được lực kéo tại các bánh xe chủ động phù hợp với điều kiện chuyển động, - Thay đổi chiều chuyển động (tiến hoặc lùi), - Ngắt động cơ lâu dài khỏi hệ thống truyền lực. Trong hộp số cơ khí, việc biến đổi mô men và vận tốc góc được thực hiện nhờ các bộ truyền bánh răng. Cùng giá trị mô men xoắn và vận tốc góc động cơ, mô men và vận tốc góc của bánh xe chủ động có thể thay đổi được bằng cách thay đổi tỷ số truyền của hộp số. Cụ thể hơn, nếu sử dụng tay sô thấp (tỷ số truyền lớn) của hộp số thì sẽ có được mô men kéo tại bánh xe chủ động lớn, nhưng vận tốc bánh xe sẽ nhỏ và ngược lại. Trên một số ô tô, chức năng thay đổi mô men truyền có thể đảm nhận nhờ một số cụm khác (hộp phân phối, cụm cầu xe) nhằm tăng khả năng biến đổi mô men đáp ứng mở rộng điều kiện làm việc của ô tô. 1.1.2. Yêu cầu Hộp số ô tô đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau: - Có dải tỷ số truyền thích hợp lý, phân bố các khoảng thay đổi tỷ số truyền tối ưu, phù hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải. - Phải có hiệu suất truyền lực cao. - Khi làm việc không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát sinh các tải trọng động khi làm việc, - Có cơ cấu định vị chống nhảy số và cơ cấu chống gài đồng thời hai số. - Có vị trí trung gian để có thể ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian dài. - Có cơ cấu báo hiệu khi gài số lùi. - Kết cấu nhỏ, gọn, dễ điều khiển, bảo dưỡng và sửa chữa. - Có khả năng bố trí cụm trích công suất để dẫn động các thiết bị phụ khác. 1.1.3. Phân loại Tùy theo những yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được phân loại như sau: a. Theo đặc điểm thay đổi tỷ số truyền: hộp số vô cấp và hộp số có cấp: - Hộp số vô cấp được dùng để tạo thành HTTL vô cấp, trong đó hộp số có tỷ số truyền biến đổi liên tục, trong khoảng tỷ số truyền (R) định sẵn, từ thấp đến cao và ngược lại. Trên ô tô bộ truyền vô cấp thường gặp: biến mô men thủy lực, bộ truyền đai đặt biệt, .... Nếu mô men động cơ làm việc ở giá trị nhất định, sự biến đổi mô men sau hộp số vô cấp là đường liên tục, do vậy các bộ truyền này còn được gọi là bộ truyền liên tục trong khoảng tỷ số truyền R cho trước. Ví dụ: trên biến mô men thủy lực, khoảng R có thể đạt tới 2,7, trên bộ truyền đai đặc biệt có thể R = 4,5. - Hộp số có cấp, tạo thành HTTL có cấp, được dùng phổ biến trên ô tô. Tỷ số truyền trong hộp số thay đổi với các giá trị cố định khác nhau, do vậy còn được gọi là bộ truyền gián đoạn. Mức độ gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tỷ số truyền bên trong hộp số. Ở đây bộ truyền vô cấp có dạng bao các điểm ngoài của hộp số có cấp, do vậy cho phép thay đổi mô men và tốc độ đều đặn hơn, tận dụng tốt công suất của động cơ.Trong HTTL có thể tập hợp bởi các bộ truyển vô cấp với hộp số có cấp. b. Theo cấu trúc truyền lực giữa các bánh răng: - Hộp số thường: các bánh răng ăn khớp ngoài với các trục cố định - Hộp số hành tinh: kết hợp ăn khớp trong và ăn khớp ngoài có trục di động. c. Theo phương pháp điều khiển chuyển số của hộp số Điều khiển bằng tay, điều khiển tự động, và điều khiển bán tự động. Trong thời gian gần đây đã xuất hiện các hộp số cho phép làm việc theo phương pháp điều khiển bằng tay và điều khiển tự động tùy chọn bằng các nút chọn trên bảng điều khiển (hộp số có hai li hợp trên một số ô tô con). d. Theo số trục của hộp số (không kể trục số lùi) Trên ô tô con thường sử dụng hộp số chính ba trục hoặc hai trục. - Hộp số ba trục có trục chủ động (trục sơ cấp) và trục bị động (trục thứ cấp) được thiết kế đồng trục. Phần lớn các số truyền đều thông qua hai cặp bánh răng ăn khớp, nếu nối trực tiếp trục chủ động và trục bị động có thể tạo ra số truyền thẳng. Cấu trúc này thường gặp trên ô tô có cầu sau chủ động. - Hộp số hai trục: tất cả các số truyền truyền qua một cặp bánh răng ăn khớp. Trong một số trường hợp số truyền cao nhất có thể truyền qua nhiều cặp bánh răng. Cấu trúc này thường gặp trên ô tô có động cơ đặt trước, cầu trước chủ động. e. Theo số tỷ số truyền chung của hộp số chính Theo số lượng số tiến là 3,4,5… 1.2. Hộp số cơ khí thông thường Cấu tạo hộp số cơ khí thông thường có cấp bao gồm các bộ phận cơ bản: - Bộ phận nhận chức năng truyền và biến đổi mô men bào gồm: các cặp bánh răng ăn khớp, các trục và ổ đỡ trục vỏ hộp số. - Bộ phận điều khiển chuyển số theo sự điều khiển của người lái và khả năng giữ nguyên trạng thái trong quá trình xe hoạt động, bao gồm: cần số, các đòn kéo, thanh trượt, nạng gài, khớp gài, cơ cấu định vị, khóa hãm, cớ cấu bảo hiểm số lùi. 1.2.1. Cấu trúc truyền mô men a. Hộp số 3 trục I: trục chủ động II: trục trung gian III: trục bị động IV: Trục số lùi G1, G2, G3: các khớp số gài 0.,1.,2.,3.,4.,.L.: Các vị trí gài Hình 1.1. Sơ đồ kết cấu và bố trí trục hộp số 3 trục Ưu điểm: - Ở số truyền thẳng, dòng lực truyền trực tiếp từ trục sơ cấp qua khớp gài tới trục thứ cấp. Các bánh răng làm việc không tải, hiệu suất truyền lực của hộp số là cực đại, thời gian làm việc chiếm 50% - 70% tổng thời gian chuyển động, do vậy hạn chế hao mòn bánh răng. - Bánh răng của hộp số được sử dụng với hai loại bánh răng nghiêng và bánh răng thẳng. Các bánh răng có răng nghiêng giúp tăng khả năng chịu tải và giảm độ ồn, tuy nhiên trong thiết kế cần chịn chiều nghiêng hợp lý để hạn chế tối đa lực dọc trục tác dụng lên ổ đỡ trục. - Với cấu trúc tỷ số truyền qua 2 cặp bánh răng ăn khớp nên chiều quay của trục chủ động và bị động không thay đổi, cho phép thực hiện một số giả trị tỷ số truyền lớn. Nhược điểm: - Ổ bi phía trước của trục thứ cấp được đặt vào lỗ đằng sau của trục sơ cấp. Do điều kiện kết cấu của hộp số (kích thước trục sơ cấp), ổ bi này không thể làm to được, cho nên khi làm việc có lực tác dụng thì ổ bi này sẽ ở tình trạng căng thẳng. Hiệu suất truyền lực sẽ thấp do truyền qua nhiều cặp bánh răng ăn khớp. b. Hộp số 2 trục I: trục chủ động II: trục bị động G1, G2, G3: các khớp số gài 0.,1.,2.,3.,4.,.L.: Các vị trí gài C1,C2: bánh răng chủ động và bị động truyền lực chính Hình 1.2. Sơ đồ kết cấu và mặt cắt hộp số 2 trục Ưu điểm: - Các số truyền đều truyền qua 1 cặp bánh răng ăn khớp, cho phép nâng cao hiểu suất truyền lực, giảm nhỏ kích thước hộp số và phù hợp với ô tô con có động cơ và cầu trước chủ động. - Với việc bố trí hộp số và cầu chủ động trong một không gian bao kín, cho phép sử dụng chung 1 loại dầu, nhưng có khối lượng dầu đủ lớn và tạo khoang chứa dầu hợp lý, thuận lợi bôi trơn vung té. - Ngày nay, hộp số hai trục được dùng rất phổ biến trên ôtô du lịch (giá trị tỷ số truyền không cần lớn). Do đảm bảo tính gọn nhẹ của hệ thống truyền lực, không sử dụng các đăng trong điều kiện không gian gầm xe chặt hẹp. Nhược điểm: - Do chỉ truyền qua 1 cặp bánh răng ăn khớp nên giá trị tỷ số truyền không cao. Để đảm bảo tỷ số truyền phù hợp điều kiện chuyển động thì kích thước hộp số sẽ lớn. 1.2.2. Bộ phận điều khiển chuyển số Bộ phận điều khiển chuyển số trong hộp số có cấp yêu cầu: - Điều khiển chuyển số nhanh chóng, - Thiết lập một vị trí gài cà giữ ổn định các vị trí gài, - Đảm bảo: gài hết chiều dài cần thiết trong khớp gài, có vị trí trung gian để động cơ làm việc không tải lâu dài (ngắt dòng truyền mô men), - Hạn chế (hoặc oại trừ) khả năng va đập, gây ồn trong chi tiết truyền mô men của hộp số, - Có khả năng toa cảm giác khi thực hiện gài số lùi. Đáp ứng nhu cầu trên, kết cấu bộ phận chuyển số rất đa dạng, nhưng cso các phần cơ bản sau: điều khiển chuyển số, định vị, khóa hãm, bảo hiểm gài số. a. Cơ cấu điều khiển chuyển số trực tiếp trên nắp của hộp số Phần lớn các chi tiết của cơ cấu chuyển số nằm trên nắp hộp số, cần số được bố trí dưới sàn xe ngay cạnh vị trí ngồi người lái. Các chi tiết bao gồm: cần số, trục trượt nạng gài, vành gài và cách bánh răng được gài số. 1. Cần số 2. Đầu trong cần số 3. Trục tượt gài số 4. Nạng gạt 5. Khớp gài số 6. Gối cầu cần số 7. Cơ cấu định vị 8. Vành đồng tốc 9. Bánh răng được gài A- Hành trình chọn trục B- Hành trình gài số Hình 1.3. Các chi tiết, mặt trích ngang cơ cấu điều khiển chuyển số trên nắp hộp số Mỗi trục trượt đảm nhận 2 số gài. Các trục được bố trí sao cho khi tất cả các vị trí nạng gạt ở vị trí trung gian, các rãnh trên trục trượt thẳng hàng với nhau, đảm bảo đầu trong cần số 2 có thể di chuyển giữa các rãnh (A- hành trình chọn trục trượt). Các trục trượt 3, được di chuyển theo hướng dịch chuyển B (hành trình gài số). Trên mỗi trục trượt có 3 rãnh định vị, tương ứng với 3 vị trí không gài số (vị trí trung gian), các vị trí biên tương ứng với vị trí gài số. Ở nắp trượt có bố trí bi, lò xo 7 và kết hợp với rãnh định vị của trục trượt hình thành cơ cấu định vị cho trục trượt. 1. Ba rãnh thẳng hàng 2. Rãnh đặt đầu cần số 3. Các nạng gài số 4. Lẫy số lùi 5. Rãnh định vị trục trượt Hình 1.4. Bố trí các trục trượt trong hộp số b. Cơ cấu chuyển số từ xa Trong điều kiên truyền lực, khoảng cách tờ vị trí người lái tới nơi đặt hộp số xa cần thiết bố trí điều khiển từ xa như cơ cấu điều khiển dùng trục nối dài. Một số ô tô con sử dụng hai dây cáp truyền 2 chuyển vị điều khiển chuyển số từ chỗ ngồi của người lái tới hộp số. Mỗi sợi cáp có chức năng truyền 1 chuyển vị cần số tới hộp số: A- Chọn trục trượt, B- Gài số 1. Cần số 2. Bệ điều khiển 3. Cáp nối dài 4. Hộp số Hình 1.5. Cơ cấu điều khiển dùng cáp nối dài Một số ô tô còn sử dụng các cơ cấu điều khiển chuyển số bằng cơ khí – khí nén, thủy lực, hay tổ hợp cơ khí – khí nén thủy lực điện từ, dựa trên cơ sở của các kết cấu cơ khí đã trình bày ở trên. c. Các bộ phận đảm bảo an toàn chuyển số • Cơ cấu định vị, khóa hãm trục trượt Cơ cấu định vị trục trượt dùng để gài số đúng vị trí và tránh nhảy số sau khi đã được gài. Hiện nay trên ô tô thường dùng cơ cấu định vị loại bi lò xo. Khi gài số dưới tác động lực từ người lái, trục trượt dịch chuyển dọc trục, viên bi bị đẩy lên và lò xo định vị bị nén lại. Khi đã gài số nào đó, rãnh lõm trên trục trượt sẽ trung với vị trí đặt viên bi. Nhờ có lực căng lò xo, viên bi giữ trục trượt ở nguyên vị trí này cho đến khi chuyển số khác. 1. Nắp che 2. Nắp hộp số 3. Trục trượt 4. Nạng gạt 5. Sợi thép khóa 6. Ốc 7. Lò xo tỳ 8. Chốt tỳ 9. Chốt khóa 10. Khóa bi 11. Lò xo định vị 12. Bi tỳ 13. Chốt khóa trục 14. Trục số lùi Hình 1.6. Cơ cấu định vị, khóa hãm, bảo hiểm số lùi Bộ phận khóa hãm dùng để ngăn ngừa gài đồng thời hai trục trượt một lúc. Như vậy loại trừ khả năng ở một thời điểm cả hai số truyền được thực hiện, nhằm tránh gãy và vỡ bánh răng và trục. Khi một trong các thanh trượt đã ở vị trí gài số thì các thanh trượt còn lại bị khóa cứng. Bộ phận khóa hãm được mô tả trên mặt cắt B-B của hình 1.6. Kích thước của bi và rãnh vát được tính toán sao cho khi một trục di chuyển khỏi vị trí trung gian, các trục còn lại bị khóa cứng (xem hình 1.7 a, b) • Bảo hiểm số lùi Hình 1.7. Cơ cấu khóa hãm Cơ cấu bảo hiểm số lùi dùng để tránh gài số lùi một cách ngẫu nhiên. Khi gài số lùi, người lái cần tác động 1 lực đủ lớn mới đưa được đầu cần số vào vị trí dịch chuyển trục trượt sô lùi. Kết cấu được thể hiện trên mặt cắt A-A của hình 1.6 bằng các chi tiết, lò xo tỳ, chốt tỳ, chốt khóa. Lực người lái cần thắng lực cản lò xo 7 để đẩy trục trượt số lùi 14 vào vị trí gài số. Ngoài các cơ cấu an toàn kể trên một số ô tô còn bố trí thêm các công tắc báo vị trí gài số bằng điện và hiện thị đèn báo vị trí gài số trên bảng tablô theo dõi. d. Khớp gài và bộ đồng tốc Một số kết cấu gài số: - Gài trực tiếp bánh răng, gài qua ống dễ gài số được dùng cho số 1 và số lùi, - Gài qua các bộ gài đồng tốc được dùng cho các số truyền cao. • Gài trực tiếp và gài qua ống dễ gài số Loại ống gài có ưu điểm là kết cấu đơn giản, kích thước gọn. Nhưng khi bố trí các số truyền cao sẽ gây nên va đập đầu răng khi gài số. Do vậy ở số truyền cao thường sử dụng các bộ gài đồng tốc thay cho ống dễ gài số. • Bộ đồng tốc Sự giảm nhỏ hoặc triệt tiêu va đập ở các răng gài số được thực hiện chỉ khi hai phần được gài với nhau có cùng tốc độ quay. Để đáp ứng nhiệm vụ này, trong hộp số của ô tô dùng bộ đồng tốc ở tất cả các số truyền hoặc một phần các số truyền. Bộ đồng tốc được phân theo các đặc điểm sau: + Theo mức độ san đều tốc độ: - Bộ đồng tốc hoàn toàn: chỉ cho phép gài số khi tốc độ góc của hai phần được gài với nhau hoàn toàn giống nhau. - Bộ đồng tốc không hoàn toàn: cho phép gài số, khi tốc độ góc của hai phần được gài cới nhau vẫn chưa hoàn toàn bằng nhau, nhưng cần lực đủ lớn của người lái tác dụng lên cần số. Dạng này sử dụng ở trên một số xe và ở các số truyền thấp + Theo đặc điểm kết cấu của phần tử khóa: đồng tốc có chốt hướng tâm, đồng tốc có chốt hướng trục. Sau đây giới thiệu về Bộ đồng tốc có khóa chuyển số: Hình 1.8. Bộ đồng tốc có khóa chuyển số o Mỗi số tiến trên trục sơ cấp được vào khớp với bánh răng tương ứng trên trục thứ cấp ở mọi thời điểm. Những bánh răng này luôn luôn quay ngay cả sau khi vào ly hợp vì chúng không cố định trên trục và chỉ chạy lồng không. o Các moay ơ đồng tốc ăn khớp với các trục bằng các then bên trong moay ơ đồng tốc. Hơn nữa, ống trượt ăn khớp với then ở vòng ngoài của moayơ đồng tốc và có thể di chuyển dọc trục. o Moayơ đồng tốc có ba rãnh theo chiều dọc trục, và các khoá chuyển số luồn vào các rãnh này. Lò xo của khoá luôn luôn đẩy khoá chuyển số này vào ống trượt. o Khi cần chuyển số ở vị trí số trung gian, phần nhô ra của mỗi khoá chuyển số luồn khít vào trong rãnh then ở ống trượt. o Người ta đặt vòng đồng tốc giữa moay ơ đồng tốc và mặt côn của các bánh răng số, và được đẩy ép vào một trong các mặt côn này. Trên toàn bộ khu vực côn bên trong vòng đồng tốc có các rãnh nhỏ để tăng ma sát. Ngoài ra, vòng này còn có 3 rãnh để các khoá chuyển số luồn vào đó. Hoạt động: Vị trí số trung gian Mỗi bánh răng số được vào khớp với bánh răng bị động tương ứng và chạy lồng không trên trục. Bắt đầu quá trình đồng tốc Khi dịch chuyển cần chuyển số, cần chuyển số nằm trong rãnh trong ống trượt, dịch chuyển theo chiều mũi tên. Vì phần nhô ra ở tâm của khoá chuyển số được gài vào rãnh của ống trượt, khoá chuyển số cũng dịch chuyển theo chiều mũi tên cùng một lúc, và đẩy vòng đồng tốc vào mặt côn của bánh răng số, bắt đầu quá trình đồng tốc. Giữa quá trình đồng tốc Khi dịch chuyển tiếp cần chuyển số, lực đặt lên ống trượt sẽ thắng lực lò xo của khoá chuyển số và ống trượt trùm lên phần nhô ra của khoá này. Kết thúc quá trình đồng tốc Lực đang tác dụng lên vòng đồng tốc trở nên mạnh hơn và đẩy phần côn của bánh răng số. Điều này làm đồng bộ tốc độ của bánh răng số với tốc độ của ống trượt gài số. Khi tốc độ của ống trượt gài số và bánh răng số trở nên bằng nhau, vòng đồng tốc bắt đầu quay nhẹ theo chiều quay này. Do đó, các then của ống trượt gài số ăn khớp với các rãnh then của vòng đồng tốc. Kết thúc việc chuyển số Sau khi then của ống trượt gài số ăn khớp với rãnh then của vòng đồng tốc, ống trượt tiếp tục dịch chuyển và ăn khớp với rãnh then của bánh răng số. Khi đó, việc chuyển số sẽ kết thúc. CHƯƠNG II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỘP SỐ 2.1. Lựa chọn phương án thiết kế Dựa vào phân loại hộp số cơ khí thông thường theo số trục ta có hai phương án lựa chọn: - Hộp số 3 trục - Hộp số 2 trục Đề tài môn học em lựa chọn “Thiết kế hộp số cơ khí xe con 5 chỗ”, thông số tham khảo xe con Vios 2016 lắp ráp tại Việt Nam. Xe con Vios 2016 có động cơ đặt trước, cầu trước chủ động. Dựa trên việc phân tích ưu nhược điểm của hộp số 2 trục và 3 trục, em lựa chọn hộp số 2 trục. Hộp số 2 trục có thể bố trí với 4, 5 hay nhiều cấp số truyền. Số lượng cấp số truyền càng lớn, càng sử dụng tốt hơn công suất động cơ, tính kinh tế nhiên liệu cao hơn. Tuy nhiên hộp số điều khiển bằng tay, kết cấu hộp số, bộ phận điều khiển chuyển số phức tạp. Vậy nên lựa chọn hộp số 5 cấp số truyền cho ô tô con. Xét trên yêu cầu thiết kế của bài toán và theo xe tham khảo ta trọn hộp số 2 trục 5 số tiến: Bảng 2.1. Các trạng thái làm việc của hộp số Số Vị trí gài Dòng truyền 1 G1, G2 0 ; G3=1 I, z1 z’1 , II, C1 C1 2 G1, G2 0 ; G3=2 I, z2 z’2 , II, C1 C2 3 G1, G3 0 ; G2=3 I, z3 z’3 , II, C1 C2 4 G1, G3 0 ; G2=4 I, z4 z’4 , II, C1 C2 5 G2, G3 0 ; G1=5 I, z5 z’5 , II, C1 C2 Lùi G1,G3, G2 0 ; L L1 L2 I,zL zL1 zL2 , II Hình 2.1 Sơ đồ hộp số 2 trục 5 cấp 2.2. Thiết kế tính toán hộp số Dựa vào một số thông số theo xe tham khảo Vios 1.5E (MT) lắp ráp tại Việt Nam, em xin đưa ra bảng thông số tính toán của mình: Bảng 2.2. Bảng thông số tính toán Thông số tham khảo Đơn vị Kích thước Kích thước D × R × C mm × mm × mm 4410 × 1700 × 1475 Chiều dài cơ sở, L mm 2500 Trọng lượng không tải kg 1068 Trọng lượng toàn tải, G kg 1500 Mã động cơ 1NZ-FE Loại động cơ 4 xy lanh thẳng hàng,16 van DOHC, Dual VVT-i Công suất tối đa, Nemax/nN kW (Mã lực) / (vòng/phút) 79 (107)/6000 Mô men xoắn tối đa Memax/nM Nm / (vòng/phút) 140/4200 Vận tốc tối đa, vmax km/h 180 Hệ thống truyền động FWD, Dẫn động cầu trước Tỷ số truyền cuối, i¬0 4,06 Kích thước lốp 185/60 R15 2.1.1. Tính toán tỷ số truyền a. Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính ( ) Tỷ số truyền của truyền lực chính được xác định từ điều kiện đảm bảo cho ô tô đạt vận tốc lớn nhất, được xác định theo công thức: Trong đó: : Số vòng quay của trục khuỷu động cơ, ứng với vận tốc lớn nhất của ô tô tính theo vòng/phút, (vòng/phút). : Bán kính làm việc trung bình của bánh xe, được xác định theo kích thước lốp, tính theo (m), : Tỷ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối ở số truyền cao, =1 : Tỷ số truyền của hộp số chính ở số truyền cao nhất, i5 : Vận tốc lớn nhất của ô tô tính theo km/h, = 180 (km/h) Theo xe tham khảo: i0 = 4,06 2.1.2. Xác định tỷ số truyền tay số 1 Ta xác định tỷ số truyền tay số 1 theo điều kiện cản và điều kiện bám: - Theo điều kiện cản: - Theo điều kiện bám: Trong đó: : Hệ số cản lớn nhất của mặt đường, , f: hệ số cản lăn của đường, f = 0,02; : góc dốc cực đại của đường, = 150 do đó = 0,02 + tg150 = 0,28 G: Trọng lượng của ô tô (N), G= 15000(N), : Tỷ số truyền của truyền lực chính.; = 4,06, : Hiệu suất của hệ thống truyền lực, = 0,85, : Trọng lượng của ô tô phân bố lên cầu chủ động, đây là xe con động cơ đặt trước, cầu trước chủ động, ta giải thiết trọng lượng phân lên cầu trước bằng 60% trọng lượng cả xe. Coi cos15o ≈ 1, do đó trọng lượng bám của xe: = 0,6.G = 0,6. 15000 = 9000 (N), : Hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đường. Chọn = 0,8, : Bán kính làm việc trung bình của bánh xe. =0,29 m. : Momen xoắn cực đại của động cơ (N.m), = 140 (N.m) Thay vào ta có tỷ số truyền tay số 1: 2,58 ih1 4,31 Ta chọn = 3.54 (theo xe tham khảo) b. Tính toán tỷ số truyền của các tay số trung gian Lựa chọn hộp số có 5 tay số tiến (số lượng số truyền n = 5) và 1 số lùi. Từ công thức (2.1) với số vòng quay lớn nhất của động cơ = nN = 6000 (vòng/phút), ta tính được tỷ số truyền của hộp số chính ở số truyền cao nhất: = 0.89 Chọn quy luật phân bố tỷ số truyền cấp số nhân công bội a: = 1,41 Tỷ số truyền của các tay số trung gian được xác định theo các biểu thức: =1,41 . 0.89 = 1,26; =1,41 . 1,26 = 1,77; =1,41 . 1,77 = 2.51; Ta có các tỷ số truyền của các tay số trung gian là: ih2= 2,51; ih3= 1,77; ih4= 1,26; ih5= 0,89. Trị số của tỷ số truyền lùi được chọn được chọn theo xe tham khảo: ihL = 3,25 (theo xe tham khảo) 2.1.3. Tính toán các thông số cơ bản của bánh răng a. Xác định khoảng cách giữa các trục Tải trọng tính từ động cơ đến hộp số là: Memax = 140 Nm. Khoảng cách trục sơ bộ được tính theo kinh nghiệm sau: aw = (mm) Trong đó ka là hệ số kinh nghiệm đối với xe con, ka = 14,5÷16, ta chọn ka = 14.5. Ta có aw = 75.3 mm. Theo giá trị tiêu chuẩn chọn aw = 80 mm. b. Chọn thông số mô đun và góc nghiêng răng β Modun pháp của bánh răng của các bánh răng trong hộp số thường chọn theo kinh nghiệm trong khoảng: Đối với xe con loại nhỏ: 2,25 ÷ 2,75 ; ta chọn =2,5 Các bánh răng nghiêng trong hộp số ô tô được chế tạo với các răng nghiêng để giảm độ ồn làm việc cũng như tăng độ bền của răng. Góc nghiêng của răng được chọn trong khoảng: Đối với hộp số hai trục ô tô con β = 20 ÷ 250 ta chọn β=200. Riêng các bánh răng số lùi ta chế tạo là răng thẳng vì khi chuyển số ở các tay số này chúng ta dùng nạng gạt. c. Xác định số răng Đối với hộp số 2 trục, tỷ số truyền của hộp số ở tay số i bất kỳ ihi được tạo ra bởi một cặp bánh răng duy nhất, nên sau khi đã chọn được aw , m, β có thể tính số răng của bánh răng chủ động zi trong các cặp bánh răng như sau: Số răng của các bánh răng bị động zi’: Bảng 2.3. Số răng của các bánh răng chủ động, bị động Tay số 1 2 3 4 5 Tỷ số truyền 3.54 2.51 1.77 1.26 0.89 z 13.2 17.2 21.7 26.6 31.8 z'' 46.9 43.0 38.5 33.5 28.3 Vậy số răng của các bánh răng trên trục chủ động: z1 = 13; z2 = 17; z3 = 22; z4 = 27; z5 = 32; Số răng của các bánh răng trên trục bị động: z1’ = 47; z2’ = 43; z3’ = 39; z4’ = 34; z5’ = 28; - Xác định số răng của bánh răng tay số lùi Từ sơ đồ thiết kế qua 2 cặp bánh răng L-L1 và L1-L’ tỷ số truyền của bánh răng số lùi được xác định : Với ihL = 3,25, ta chọn ZL =13; Z’L = 42, ZL1 = 20. d. Xác định lại chính xác tỷ số truyền và khoảng cách trục hộp số Tỷ số truyền của hộp số khi đã chọn số răng của các bánh răng: Bảng 2.4. Tỷ số truyền chính xác ở các tay số Tay số 1 2 3 4 5 L z 13 17 22 27 32 13 z'' 47 43 38 33 28 42 ik 3.62 2.53 1.73 1.22 0.88 3.23 Tính chính xác khoảng cách giữa các trục theo số răng của các cặp bánh răng đã chọn được. Đối với cặp bánh răng nghiêng tính theo công thức: (mm) Bảng 2.5.Khoảng cách trục chính xác ở các tay số Tay số 1 2 3 4 5 z 13 18 24 30 36 z'' 47 42 36 30 24 ak 79.81 79.81 79.81 79.81 79.81 Chọn khoảng cách trục chính xác là : a = 80 mm. e. Xác định bề rộng bánh răng b Độ cứng vững của hộp số, tuổi thọ các bánh răng và các ổ bi và hệ số sử dụng vật liệu hợp lý được tạo nên nhờ các tỷ lệ thích hợp giữa các phần tử chính của hộp số.Vì vậy bề rộng răng được lựa chọn theo khoảng cách trục với tỉ lệ: bw .aw. Lựa chọn bw = 0,2.aw = 16 mm. g. Dịch chỉnh Sau khi tính toán lại khoảng cách trục có sự sai lệch để giải quyết sự sai lệch đó chúng ta có hai giải pháp: thay đổi góc nghiêng của các bánh răng hoặc dịch chỉnh các bánh răng. - Thay đổi góc nghiêng của các bánh răng: Thông thường biện pháp này người ta ít dùng vì nó sẻ gây khó khăn cho công nghệ chế tạo máy và sửa chữa các bánh răng trong hộp số. - Dịch chỉnh các bánh răng ăn khớp với nhau: Biện pháp này được dùng nhiều vì chúng ta có thể dể dàng dịch chỉnh nhờ thay dổi khoảng cách giữa giao thanh răng và bánh răng cần chế tạo trong quá trình chế tạo. Trong trường hợp này, bánh răng có dịch chỉnh xΣ ≠ 0, thì nên thay đổi xΣ để đảm bảo được aw đã cho: Từ công thức (2.7) ta tính được hệ số dịch chỉnh xΣ: Các công thức tính hệ số dịch chỉnh sau đây được tham khảo theo sách Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, tác giả Trịnh Chất, Lê Văn Uyển phần 6: truyền động bánh răng, trang 100, 101. Hệ số kx được tính theo công thức: Dựa vào kxΣ để tra kx theo bảng 6.10a, sách Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, trang 101, rồi từ kx tính ra hệ số giảm đỉnh răng Δx: Tổng hệ số dịch chỉnh xt: Các hệ số dịch chỉnh bánh răng 1 và 2: Xác định góc ăn khớp trong bánh răng nghiêng αtw , với góc profin gốc α = 20o, góc profin răng được tính: αt = arctg(tgα/cosβ) = 21,17o Theo công thức: Bảng 2.6. Bảng hệ số dịch chỉnh từng cặp bánh răng Cặp BR 1 - 1’ 2 – 2’ 3 – 3’ 4 – 4’ 5 – 5’ z 13 17 22 27 32 z'' 47 43 38 33 28 xΣ 0.077 0.077 0.077 0.077 0.077 kxΣ 1.279 1.279 1.279 1.279 1.279 kx 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 Δx 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 xt 0.078 0.078 0.078 0.078 0.078 x1 0.017 0.022 0.029 0.035 0.041 x2 0.061 0.055 0.049 0.043 0.036 αtw 29.1 29.1 29.1 29.1 29.1 h. Các kích thước cơ bản của cặp bánh răng số tiến Thông số Kí hiệu Công thức tính - Đường kính vòng chia d di=mn.zi/cosβ - Đường kính cơ sở db db=d.cosα - Đường kính đỉnh răng da dd=d+2.(1+ xi - Δx).mn - Đường kính chân răng df df= d - (2,5 - 2.x1).mn Bảng 2.7. Các kích thước cơ bản của bánh răng số tiến Thông số 1 - 1’ 2 – 2’ 3 – 3’ 4 – 4’ 5 – 5’ 1 1'' 2 2'' 3 3'' 4 4'' 5 5'' z 13 47 17 43 22 38 27 33 32 28 d(mm) 34.6 125.0 45.2 114.4 58.5 101.1 71.8 87.8 85.1 74.5 db(mm) 32.5 117.5 42.5 107.5 55.0 95.0 67.5 82.5 80.0 70.0 da(mm) 39.7 130.3 50.3 119.7 63.7 106.3 77.0 93.0 90.3 79.7 df(mm) 28.4 119.1 39.1 108.4 52.4 95.1 65.8 81.8 79.1 68.4 i. Các kích thước cơ bản của cặp bánh răng số lùi Các bánh răng số lùi là các bánh răng trụ răng thẳng, chọn modul m = 2.5, góc profin gốc α = 20o. Thông số Kí hiệu Công thức tính - Đường kính vòng chia d di = m.zi - Đường kính cơ sở db db = d.cosα - Đường kính đỉnh răng da dd = d + 2.m - Đường kính chân răng df df = d - 2,5.m Bảng 2.7. Các kích thước cơ bản của bánh răng số lùi Thông số L L1 L'' m 2.5 2.5 2.5 z 12 20 42 i 1.54 2.11 bw(mm) 16 16 16 α 20 20 20 d(mm) 32.5 50 105.6 db(mm) 30.5 47.0 99.3 da(mm) 37.5 55 110.63 df(mm) 26.3 43.8 99.4 2.2. Tính bền bánh hộp số 2.2.1. Chế độ tải trọng a. Mô men truyền đến các trục Trục sơ cấp: Ms = Me = 140 (Nm) Trục thứ cấp: - Tay số 1: Mtc1 = Me.ih1 = 506,2 (Nm) - Tay số 2: Mtc1 = Me.ih1 = 354,1 (Nm) - Tay số 2: Mtc1 = Me.ih1 = 241,8 (Nm) - Tay số 2: Mtc1 = Me.ih1 = 171,1 (Nm) - Tay số 2: Mtc1 = Me.ih1 = 122,5 (Nm) Tay số lùi: ML1 = Me.iL1 = 215,4 (Nm) ML’ = ML1.iL’= 455 (Nm). b. Lực tác dụng lên các bánh răng Công thức tính các lực tác dụng lên bánh răng. Đối với bánh răng nghiêng: - Lực vòng: Ft = 2.Mt /d , - Lực hướng kính: Fr = Ft .tgαtw ; Fr = Ft .tgα đối với bánh răng thẳng, - Lực dọc trục: Fa = Ft . tgβ ; Fa = 0 đối với bánh răng thẳng. Bảng 2.8. Lực tác dụng lên các bánh răng Cặp BR 1-1’ 2-2’ 3-3’ 4-4’ 5-5’ L-L1 L1-L'' Ft 8096 6191 4784 3898 3289 8615 8615 Fr 4495 3437 2656 2164 1826 3134 3134 Fa 2945 2252 1740 1418 1196 0 0 2.2.2. Tính bền bánh răng a. Tính bền theo ứng suất uốn Ứng suất uốn tại tiết diện nguy hiểm được tính theo công thức và tham khảo từ giáo trình Đồ án môn học Thiết kế hộp số chính Ô tô và máy kéo (phần I), Nguyễn Văn Tài: (MN/m2) Trong đó: Ft : lực tiếp tuyến của bánh răng (MN). b : bề rộng răng (m). mntb : môđun pháp tuyến ở tiết diện trung bình(m). y : Hệ số dạng chân răng, phụ thuộc chủ yếu vào hệ số dịch chỉnh và được tra theo đồ thị (I-5). Đối với bánh răng nghiêng hệ số y được xác định theo số răng tương đương: ztđ = z/cos3β kβ : Hệ số trùng khớp, được tra theo đồ thị I-6, với εβ = bwsinβ/(mn.π)= 0.7, kβ=1,8. kd :Hệ số tải động, đối với xe con kd= 1,5÷2,0, ta chọn kd= 1,5. kms:Hệ số ảnh hưởng của ma sát: Đối với bánh răng chủ động: kms=1,1. Đối với bánh răng bị động: kms=0,9. kc : Hệ số tính đến độ cứng vững của trục và phương pháp lắp Đối với bánh răng di trượt trên trục thứ cấp : kc=1,1. Đối với bánh răng luôn ăn khớp: kc=1,0. ktp : Hệ số tải trọng động phụ do sai số công nghệ, chọn ktp=1,2. kgc : Hệ số tập trung ứng suất tại góc lượn chân răng, kgc=1,1 đối với bánh răng không mài góc lượn. Bảng 2.9. Giá trị ứng suất uốn tại mỗi bánh răng Cặp BR 1-1'' 2-2'' 3-3'' 4-4'' 5-5'' L L1 L'' z 13 17 22 27 32 12 18 39 ztd 15.7 20.5 26.5 32.5 38.6 y 0.11 0.12 0.125 0.13 0.135 0.095 0.115 0.135 Ft (MN) 0.008 0.006 0.005 0.004 0.003 0.009 0.01 0.01 σu (MN/m2) 709 497 369 289 235 830 722 553 z'' 47 43 38 33 28 z''td 56.6 51.8 45.8 39.8 33.7 y 0.14 0.14 0.135 0.135 0.13 Ft (MN) 0.008 0.006 0.005 0.004 0.003 σu (MN/m2) 557 426 341 278 244 Để đảm bảo điều kiện bền, ứng suất tính được phải thoả mãn điều kiện sau: σg : ứng suất gây nên gãy (theo sức bền vật liệu). Ứng suất uốn răng của các bánh răng hộp số thường nằm trong phạm vi giới hạn sau: - ở các tay số 1và 2: 350÷840 (MN/m2) - ở các tay số 3, 4 và 5: 150÷400 (MN/m2) - ở tay số lùi: 300÷1200 (MN/m2). Vậy các bánh răng đảm bảo điều kiện bền theo ứng suất uốn. b. Tính bền theo ứng suất tiếp xúc Đối với cặp bánh răng chế tạo cùng một vật liệu, tính toàn ứng suất tiếp xúc theo công thức: (MN/m2) Trong đó : β : góc nghiêng của bánh răng, Ft : lực vòng (MN), E : môđun đàn hồi của vật liệu. Đối với thép E = (2÷2,2).105 (MN/m2). Ta chọn E = 2,1.105 (MN/m2), b : bề rộng răng, r1, r2 : bán kính vòng lăn của bánh răng bị động và chủ động , αw : góc ăn khớp. Bảng 2.9. Giá trị ứng suất tiếp xúc tại mỗi cặp bánh răng Cặp BR 1-1'' 2-2'' 3-3'' 4-4'' 5-5'' L-L1 L1-L'' Ft (MN) 0.008 0.006 0.005 0.004 0.003 0.009 0.009 i 3.62 2.53 1.73 1.22 0.88 1.54 2.11 r1 17.3 22.7 29.3 36.0 42.7 16.25 25 r2 62.7 57.3 50.7 44.0 37.3 25 52.813 σtx 1687 1349 1109 969 888 2499 1904 Ứng suất tiếp xúc đối với các bánh răng hộp số thường nằm trong khoảng: [σtx]=1000÷2500MN/m2 đối với bánh răng nghiêng [σtx]=1500÷3000MN/m2 đối với bánh răng thẳng Vậy các bánh răng đảm bảo điều kiện bền theo ứng suất tiếp xúc. 2.3. Tính toán trục hộp số 2.3.1. Chọn vật liệu trục Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 có σb = 600 Mpa, ứng uất xoắn cho phép [τ] =12…50 Mpa. Chọn [τ]=50 Mpa. 2.3.2. Tính sơ bộ kích thước trục hộp số - Trục sơ cấp: = 28,6 (mm). Ta chọn d1 = 29 (mm). - Trục thứ cấp: d2 = 0,45.aw = 36 (mm). - Trục số lùi: = 33 (mm). 2.3.3. Tính bền trục a. Sơ đồ đặt lực chung - Sơ đồ đặt lực chung cho các tay số từ 1 đến 4 Hình 2.2. Sơ đồ đặt lực chung cho tay số từ 1 đến 4 - Sơ đồ đặt lực cho tay số 5 Hình 2.3. Sơ đồ đặt lực chung cho tay số 5 b. Khoảng cách giữa các điểm đặt lực - Chiều rộng ổ lăn bol: Chọn bề rộng tính toán b¬ol = 20 mm. - Chiều rộng bộ đồng tốc bđt = 50 mm. Đối với chiều rộng bộ đồng tốc bố trí thêm bánh răng số lùi có b’đt = 60 mm. - Khoảng cách từ mặt cạnh bánh răng đến thành trong vỏ hộp k1 = 5 mm. - Khoảng cách giữa mặt cạnh bánh răng đặt sát nhau k2 = 5 mm. Bảng 2.10. Khoảng cách các điểm đặt lực (N) Tay số 1 2 3 4 5 Trục sơ cấp a1 23 100 121 187 a2 187 110 89 23 a3 210 210 210 210 210 a4 23 Trục thứ cấp b1 30 30 30 30 30 b2 28 105 126 192 b3 187 110 89 23 b4 245 245 245 245 245 b5 215 215 215 215 215 b6 23 c. Tính phản lực tại các gối đỡ - Tay số 1 đến 4: Xét trong mặt phẳng yOz: Xét trong mặt phẳng xOz: - Tay số 5: Xét trong mặt phẳng yOz: Xét trong mặt phẳng xOz: Bảng 2.11. Phản lực tại các gối đỡ (N) Tay số 1 2 3 4 5 By 766 1984 1871 2293 2399 Ay 4017 1674 955 10 455 Bx 887 2948 2757 3471 3649 Ax 7210 3243 2028 427 360 Ey -1518 162 534 1191 1484 Dy 3066 3057 2182 2055 1808 Ex 3858 4770 3974 4189 4068 Dx 20094 12514 8385 5070 3059 d. Vẽ biểu đồ mô men - Tay số 1 đến 4: Hình 2.4. Biểu đồ mô men trục 1(trái), trục 2(phải) tay số 1 đến 4 Trục 1: ; ; ; Trục 2: ; ; ; ; ; - Tay số 5: Hình 2.4. Biểu đồ mô men trục 1(trái), trục 2(phải) tay số 5 Trục 1: ; ; Trục 2: ; ; ; ; . Bảng 2.11. Mô men tại các điểm đặt lực (Nmm) Tay số 1 2 3 4 5 M1 92390 167352 115604 1820 95622 M2 143318 218279 166531 52748 75650 M3 165821 324307 245338 79840 M4 91991 91720 65474 61640 54245 M5 276115 220537 153440 123885 98807 M6 -283808 17765 47496 27393 -133 M7 -99685 146582 135462 89638 91760 M8 602805 375427 251561 152091 75650 M9 721474 524682 353669 96338 e. Tính mô men tương đương và tính chọn đường kính các đoạn trục theo Mtd - Mô men uốn tổng: - Mô men tương đương: - Đường kính d: Trong đó, trị số ứng suất cho phép [σ] được tra theo bảng 10.5, sách Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1, trang 195. Với vật liệu đã chọn và đường kính sơ bộ ta chọn [σ] = 63 MPa. Bảng 2.12. Mô men tương đương tại các điểm đặt lực (Nmm) và tính chọn đường kính d (mm) Tay số 1 2 3 4 5 Trục sơ cấp Mz (sc) 140000 140000 140000 140000 140000 MuA 0 0 0 0 0 MtdA 121244 121244 121244 121244 121244 d 26.3 26.3 26.3 26.3 26.3 Chọn dA 30 30 30 30 30 Mubr 219172 390923 296519 95690 0 Mtdbr 250473 409293 320349 154456 121244 d 33.4 39.4 36.3 28.5 26.3 Chọn dbr 34 40 37 32 27 MuB 0 0 0 0 121929 MtB 121244 121244 121244 121244 171949 d 26.3 26.3 26.3 26.3 29.5 Chọn dB 30 30 30 30 30 Trục thứ cấp Mz (tc) 506153.8 354117.6 241818.2 171111.1 122500.0 MuD 0 0 0 0 0 MtdD 438342 306675 209421 148187 106088 d 40.3 35.8 31.5 28.1 25.1 Chọn dD 45 45 45 45 45 MuC1 663034 435410 294664 196161 134843 MtdC1 794832 532571 361502 245842 171573 d 49.1 43.0 37.8 33.2 29.5 Chọn dC1 50 50 50 50 50 Mubr'' 775289 544773 378724 131590 0 Mtdbr'' 890627 625162 432769 198180 106088 d 51.0 45.4 40.1 30.9 25.1 Chọn dbr'' 46 46 42 39 32 MuE 0 0 0 0 75650.2 MtdE 438342 306675 209421 148187 130298 d 40.3 35.8 31.5 28.1 26.9 Chọn dE 35 35 35 35 35 2.4. Tính toán ổ lăn Ổ lăn hộp số ô tô được chọn theo khả năng làm việc với chế độ tải trọng trung bình. Ổ bi cần phải đảm đảm bảo yêu cầu làm việc bền lâu khi kích thước của ổ nhỏ. Trong một số trường hợp kích thước của ổ được chọn tăng lên để đảm bảo điều kiện lắp ghép giữa các chi tiết trong hộp số hoặc để nâng cao độ cứng vững của các chi tiết trong hộp số. Do tốc độ vòng quay của ổ bi n ≥ 10 (vg/ph), nên ổ lăn được tính theo khả năng tải động để đảm bảo đồ bền lâu của ổ. Ta tính khả năng làm việc của ổ. Hệ số khả năng làm việc của ổ bi được xác định theo công thức: C = Rtđ . K1 . Kđ . Kt . (nt . h)0.3 Trong đó: - K1 : hệ số tính đến vòng nào quay. K1 = 1,0 khi vòng trong của ổ quay. - Kđ : hệ số tải trọng động. Kđ = 1,0. - Kt : hệ số tính đến ảnh hưởng của chế độ nhiệt độ đến độ bền lâu của ổ bi. Hộp số ô tô thường làm việc ở nhiệt độ dưới 3980K, nên ta lấy Kt = 1,0. - nt : số vòng quay tính toán của ổ bi (vg/ph). Số vòng quay tính toán xác định theo tốc độ chuyển động trung bình của ôtô ở số 5 (ih = 0.88). Ô tô con: Vtb = 35 40 km/h, chọn vtb = 40 (km/h) nt = = 1304 (vòng/phút). h : thời gian làm việc của ổ lăn (h) ht = (h) S : quãng đường chạy của ô tô giữa hai kỳ đại tu (km). S = 100000 (km) ht = 2500 (h). - m : bậc của đường cong mỏi khi thử ổ lăn, m = 3 đối với ổ bi; m = 10/3 đối với ổ đũa. - Rtđ : Lực tương đương tác dụng lên ổ (N) Rtđ = Ở đây: α1, α2, α3, α4 , α5 - hệ số thời gian làm việc của ổ lăn ở các số truyền đã cho trong hộp, tương ứng với các giá trị 0,1; 0,5; 2; 5; 80 (%). β1, β2, β3, β4, β5 - hệ số số vòng quay ; tính bằng tỷ số số vòng quay của ổ lăn ở các số truyền 1, 2, 3, 4, 5 với số vòng quay tính toán (nt). Với trục sơ cấp, các hệ số lần lượt là 4,1 ; 2,9 ; 2,0; 1,4 ; 1. Với trục sơ cấp : βn = 1 với mọi số truyền Rq1, Rq2, Rq3, Rq4 , Rq5- tải trọng quy dẫn hướng kính tác dụng lên ổ lăn ở các số truyền 1, 2, 3, 4, Đối với ổ bi cầu hướng kính: Rqi = A + mQ. Với A là tải trọng hướng kính tác dụng lên ổ lăn. A¬ = Trong đó X, Y là các phản lực tại gối đỡ đã tính ở bảng 2.11. Q - tải trọng chiều trục tác dụng lên ổ lăn. m - hệ số qui dẫn lực chiều trục về lực hướng kính, m = 2,5. Đối với ổ bi hướng kính loại tựa tại ổ B và D dưới tác dụng của tải trọng hướng kính A, phát sinh ra thành phần chiều trục S được xác định theo công thức: S = 1,3.A.tgβ Ở đây: β - góc tiếp xúc của thanh lăn, chọn β = 120. Tải trọng quy dẫn được tính như sau: Rqi = A + m(Q – S) Bảng 2.13. Tải trọng quy dẫn hướng kính (N) Tay số 1 2 3 4 5 AA 8253 3649 2241 427 581 AB 1172 3554 3332 4160 4367 AD 20326 12882 8665 5470 3553 AE 4146 4773 4009 4355 4330 SA 0 0 0 0 0 SB 324 981 920 1149 1206 SD 0 0 0 0 0 SE 1145 1318 1107 1203 1196 QA - SA 2622 1271 820 269 -10 QB - SB 2622 1271 820 269 -10 QD - SD 2001 1446 828 478 210 QE - SE 2001 1446 828 478 210 RqA 14807 6826 4292 1100 557 RqB 7726 6731 5382 4833 4343 RqD 25329 16498 10735 6666 4077 RqE 9149 8389 6079 5550 4854 Bảng 2.14. Lực tương đương Rtđ (N) và khả năng tải động C tính toán (kN) Vị trí ổ lăn Rtđ C A 3144 15.3 B 4396 25.5 D 5337 31.0 E 4754 27.6 Lựa chọn ổ lăn tại B, E theo khả năng tải động C, tra cứu ổ bi đỡ - chặn (GOST 831-75) trang 263 sách Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1: Chọn ổ Kí hiệu ổ d D b r r1 C (kN) B đỡ - chặn 46306 30 72 19 2 1 25,6 E đỡ - chặn 46307 35 80 21 2.5 1,2 33,4 Đối với ổ đỡ tại A, D chọn ổ bi đũa không vòng trong được tra trong sổ tay ổ lăn NSK: Chọn ổ Tên ổ lăn d D b r C (kN) A đỡ RLM 304020 30 40 20 0.5 25 D đỡ RLM 4520 45 55 20 0.6 31 CHƯƠNG III. KIỂM TRA BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỘP SỐ 3.1. Kiểm tra sửa chữa 3.1.1. Kiểm tra vỏ hộp số - Chủ yếu kiểm tra xem vỏ hộp số có bị rạn nứt hay không, đồng thời kiểm tra chức năng của van thông hơi, nếu tắc cần vệ sinh thông tắc. 3.1.2. Kiểm tra mặt răng các bánh răng - Mòn quá mức tại các mặt răng là nguyên nhân gây ồn hộp số do vậy cần kiểm tra kỹ càng từng răng, với bánh răng mòn nhiều thì phải thay thế. 3.1.3. Kiểm tra các vòng bi - Sau khi tẩy rửa sạch các vòng bi cầu, bi đũa, quay kiểm tra xem các vòng bi có quay trơn không. Kiểm tra ca trong và ngoài của bi kim nếu có hư hỏng cần thay cả bộ. Các phớt chắn bụi không bị mòn, rách, nếu có thì phải thay thế cả bộ. 3.1.4. Kiểm tra cơ cấu đồng tốc - Kiểm tra độ mòn vòng đồng tốc - Mặt côn phía bánh răng mòn nhiều thì phải thay cả bộ. - Vấu của khóa đẩy mòn thì phải thay, cần kiểm tra rãnh khóa trên ống gạt - Lò xo gẫy hoặc đàn hồi kém thì phải thay thế. 3.1.5. Kiểm tra cần số - Kiểm tra mòn phần đầu cầu 3.1.6. Kiểm tra càng gạt - Lắp vào ống gạt và kiểm tra khe hở theo toàn bộ chu vi, nếu mòn thì phải thay thế 3.1.7. Kiểm tra cơ cấu định vị và cơ cấu chống gài hai số - Kiểm tra chốt, bi, lò xo, nếu mòn, hư hỏng, đàn hồi kém… thì phải thay thế. 3.2. Chú ý khi tháo lắp 3.2.1. Chú ý khi tháo - Trước khi tháo cần tiến hành kiểm tra các nội dung sau và kiểm tra xem có hư hỏng gì không, các kết quả này có ích cho khi lắp ráp: • Khe hở giữa các răng ăn khớp với nhau. • Tình trạng khi vào số • Độ rơ dọc trục của bánh răng, bạc, vòng đồng tốc, ống gạt. • Độ rơ dọc trục của các bánh răng trục thứ cấp. - Các viên bi định vị trục trượt có thể bay ra do tác dụng lò xo, cần chú ý khi tháo. - Vòng đồng tốc và bánh răng phải xếp thành bộ tương ứng. Nói chung các chi tiết được sắp xếp theo trình tự tháo ra, điều đó sẽ giúp ích cho việc kiểm tra từng chi tiết và thuận lợi cho khi lắp ráp. 3.2.2. Chú ý khi lắp - Bôi dầu vào các mặt lỗ chuyển động quay của bánh răng, vào các lưỡi bên trong phớt dầu. - Bôi mỡ cho các ổ bi kim. - Điều chỉnh độ rơ dọc trục của trục thứ cấp bằng các đệm căn. - Độ rơ dọc trục của các bánh răng được chặn bởi phanh hãm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ dày của phanh hãm. - Điều chỉnh ăn khớp cho cặp bánh răng số lùi. - Các bu lông, đai ốc cần được xiết với mô men lực quy định. - Các phớt dầu phải được thay mới. - Sau khi lắp ráp xong, vào số và kiểm tra tình trạng ăn khớp. KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Khắc Trai, Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải, Phạm Duy Hường, Nguyễn Văn Chương, Trịnh Minh Hoàng (2009), Kết cấu ô tô, NXB Bách Khoa - Hà Nội; 2. Nguyễn Trọng Hoan (2016), Bài giảng thiết kế tính toán ô tô, tài liệu lưu hành nội bộ Viện Cơ khí Động lực, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; 3. Lưu Văn Tuấn (2016), Lý thuyết ô tô, tài liệu lưu hành nội bộ Viện Cơ khí Động lực, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; 4. Nguyễn Văn Tài (1993), Đồ án môn học thiết kế hộp số chính ô tô và máy kéo (Phần I); 5. Trịnh Chất, Lê văn Uyển (2001), Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, tập 1, tập 2, NXB Giáo dục; 6. Ninh Đức Tốn (2013), Dung sai lắp ghép, NXB Giáo dục Việt Nam; 7. Sổ tay tra cứu ổ lăn NSK, full_range_nsk_rolling_bearing.pdf.
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỘP SỐ .5 1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại .5 1.1.1 Công dụng .5 1.1.2 Yêu cầu 1.1.3 Phân loại .6 1.2 Hộp số khí thơng thường 1.2.1 Cấu trúc truyền mô men 1.2.2 Bộ phận điều khiển chuyển số .9 CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ THIẾT KẾ TÍNH TỐN HỘP SỐ 16 2.1 Lựa chọn phương án thiết kế .16 2.2 Thiết kế tính tốn hộp số 17 2.1.1 Tính tốn tỷ số truyền 17 2.1.2 Xác định tỷ số truyền tay số 18 2.1.3 Tính tốn thơng số bánh 19 2.2 Tính bền bánh hộp số 24 2.2.1 Chế độ tải trọng 24 2.2.2 Tính bền bánh .25 2.3 Tính tốn trục hộp số 27 2.3.1 Chọn vật liệu trục 28 2.3.2 Tính sơ kích thước trục hộp số .28 2.3.3 Tính bền trục .28 Đồ án môn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang 2.4 Tính tốn ổ lăn .34 CHƯƠNG III KIỂM TRA BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỘP SỐ .37 3.1 Kiểm tra sửa chữa .37 3.1.1 Kiểm tra vỏ hộp số 37 3.1.2 Kiểm tra mặt bánh .37 3.1.3 Kiểm tra vòng bi 37 3.1.4 Kiểm tra cấu đồng tốc 37 3.1.5 Kiểm tra cần số 37 3.1.6 Kiểm tra gạt 37 3.1.7 Kiểm tra cấu định vị cấu chống gài hai số 37 3.2 Chú ý tháo lắp .37 3.2.1 Chú ý tháo .37 3.2.2 Chú ý lắp .38 KẾT LUẬN .39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 Đồ án môn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỘP SỐ Công dụng, yêu cầu, phân loại 1.1.1 Công dụng - Thay đổi tỷ số truyền hệ thống truyền lực để tạo lực kéo bánh xe chủ động phù hợp với điều kiện chuyển động, - Thay đổi chiều chuyển động (tiến lùi), - Ngắt động lâu dài khỏi hệ thống truyền lực Trong hộp số khí, việc biến đổi mơ men vận tốc góc thực nhờ truyền bánh Cùng giá trị mơ men xoắn vận tốc góc động cơ, mơ men vận tốc góc bánh xe chủ động thay đổi cách thay đổi tỷ số truyền hộp số Cụ thể hơn, sử dụng tay sô thấp (tỷ số truyền lớn) hộp số có mơ men kéo bánh xe chủ động lớn, vận tốc bánh xe nhỏ ngược lại Trên số ô tơ, chức thay đổi mơ men truyền đảm nhận nhờ số cụm khác (hộp phân phối, cụm cầu xe) nhằm tăng khả biến đổi mô men đáp ứng mở rộng điều kiện làm việc ô tô 1.1.2 Yêu cầu Hộp số ô tô đáp ứng yêu cầu sau: - Có dải tỷ số truyền thích hợp lý, phân bố khoảng thay đổi tỷ số truyền tối ưu, phù hợp với tính động lực học yêu cầu tính kinh tế vận tải - Phải có hiệu suất truyền lực cao - Khi làm việc không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát sinh tải trọng động làm việc, - Có cấu định vị chống nhảy số cấu chống gài đồng thời hai số - Có vị trí trung gian để ngắt động khỏi hệ thống truyền lực thời gian dài - Có cấu báo hiệu gài số lùi - Kết cấu nhỏ, gọn, dễ điều khiển, bảo dưỡng sửa chữa - Có khả bố trí cụm trích cơng suất để dẫn động thiết bị phụ khác 1.1.3 Phân loại Tùy theo yếu tố để phân loại, hộp số phân loại sau: Đồ án môn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang a Theo đặc điểm thay đổi tỷ số truyền: hộp số vơ cấp hộp số có cấp: - Hộp số vô cấp dùng để tạo thành HTTL vơ cấp, hộp số có tỷ số truyền biến đổi liên tục, khoảng tỷ số truyền (R) định sẵn, từ thấp đến cao ngược lại Trên ô tô truyền vô cấp thường gặp: biến mô men thủy lực, truyền đai đặt biệt, Nếu mô men động làm việc giá trị định, biến đổi mô men sau hộp số vô cấp đường liên tục, truyền gọi truyền liên tục khoảng tỷ số truyền R cho trước Ví dụ: biến mơ men thủy lực, khoảng R đạt tới 2,7, truyền đai đặc biệt R = 4,5 - Hộp số có cấp, tạo thành HTTL có cấp, dùng phổ biến tơ Tỷ số truyền hộp số thay đổi với giá trị cố định khác nhau, gọi truyền gián đoạn Mức độ gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tỷ số truyền bên hộp số Ở truyền vơ cấp có dạng bao điểm ngồi hộp số có cấp, cho phép thay đổi mô men tốc độ đặn hơn, tận dụng tốt công suất động cơ.Trong HTTL tập hợp truyển vơ cấp với hộp số có cấp b Theo cấu trúc truyền lực bánh răng: - Hộp số thường: bánh ăn khớp với trục cố định Hộp số hành tinh: kết hợp ăn khớp ăn khớp ngồi có trục di động c Theo phương pháp điều khiển chuyển số hộp số Điều khiển tay, điều khiển tự động, điều khiển bán tự động Trong thời gian gần xuất hộp số cho phép làm việc theo phương pháp điều khiển tay điều khiển tự động tùy chọn nút chọn bảng điều khiển (hộp số có hai li hợp số tô con) d Theo số trục hộp số (không kể trục số lùi) Trên ô tô thường sử dụng hộp số ba trục hai trục - Hộp số ba trục có trục chủ động (trục sơ cấp) trục bị động (trục thứ cấp) thiết kế đồng trục Phần lớn số truyền thông qua hai cặp bánh ăn khớp, nối trực tiếp trục chủ động trục bị động tạo số truyền thẳng Cấu trúc thường gặp tơ có cầu sau chủ động Đồ án mơn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang - Hộp số hai trục: tất số truyền truyền qua cặp bánh ăn khớp Trong số trường hợp số truyền cao truyền qua nhiều cặp bánh Cấu trúc thường gặp tơ có động đặt trước, cầu trước chủ động e Theo số tỷ số truyền chung hộp số Theo số lượng số tiến 3,4,5… Hộp số khí thơng thường Cấu tạo hộp số khí thơng thường có cấp bao gồm phận bản: - Bộ phận nhận chức truyền biến đổi mô men bào gồm: cặp bánh ăn khớp, trục ổ đỡ trục vỏ hộp số - Bộ phận điều khiển chuyển số theo điều khiển người lái khả giữ nguyên trạng thái trình xe hoạt động, bao gồm: cần số, đòn kéo, trượt, nạng gài, khớp gài, cấu định vị, khóa hãm, cớ cấu bảo hiểm số lùi 2.1.1 Cấu trúc truyền mô men a Hộp số trục I: trục chủ động II: trục trung gian G1, G2, G3: khớp số gài III: trục bị động 0.,1.,2.,3.,4.,.L.: Các vị trí gài IV: Trục số lùi Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu bố trí trục hộp số trục Ưu điểm: Đồ án môn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang - Ở số truyền thẳng, dòng lực truyền trực tiếp từ trục sơ cấp qua khớp gài tới trục thứ cấp Các bánh làm việc không tải, hiệu suất truyền lực hộp số cực đại, thời gian làm việc chiếm 50% - 70% tổng thời gian chuyển động, hạn chế hao mòn bánh - Bánh hộp số sử dụng với hai loại bánh nghiêng bánh thẳng Các bánh có nghiêng giúp tăng khả chịu tải giảm độ ồn, nhiên thiết kế cần chịn chiều nghiêng hợp lý để hạn chế tối đa lực dọc trục tác dụng lên ổ đỡ trục - Với cấu trúc tỷ số truyền qua cặp bánh ăn khớp nên chiều quay trục chủ động bị động không thay đổi, cho phép thực số giả trị tỷ số truyền lớn Nhược điểm: - Ổ bi phía trước trục thứ cấp đặt vào lỗ đằng sau trục sơ cấp Do điều kiện kết cấu hộp số (kích thước trục sơ cấp), ổ bi làm to được, làm việc có lực tác dụng ổ bi tình trạng căng thẳng Hiệu suất truyền lực thấp truyền qua nhiều cặp bánh ăn khớp b Hộp số trục G1, G2, G3: khớp số gài I: trục chủ động 0.,1.,2.,3.,4.,.L.: Các vị trí gài II: trục bị động C1,C2: bánh chủ động bị động truyền lực Hình 1.2 Sơ đồ kết cấu mặt cắt hộp số trục Ưu điểm: Đồ án môn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang - Các số truyền truyền qua cặp bánh ăn khớp, cho phép nâng cao hiểu suất truyền lực, giảm nhỏ kích thước hộp số phù hợp với tơ có động cầu trước chủ động - Với việc bố trí hộp số cầu chủ động khơng gian bao kín, cho phép sử dụng chung loại dầu, có khối lượng dầu đủ lớn tạo khoang chứa dầu hợp lý, thuận lợi bôi trơn vung té - Ngày nay, hộp số hai trục dùng phổ biến ôtô du lịch (giá trị tỷ số truyền khơng cần lớn) Do đảm bảo tính gọn nhẹ hệ thống truyền lực, không sử dụng đăng điều kiện không gian gầm xe chặt hẹp Nhược điểm: - Do truyền qua cặp bánh ăn khớp nên giá trị tỷ số truyền không cao Để đảm bảo tỷ số truyền phù hợp điều kiện chuyển động kích thước hộp số lớn 2.1.2 Bộ phận điều khiển chuyển số Bộ phận điều khiển chuyển số hộp số có cấp yêu cầu: - Điều khiển chuyển số nhanh chóng, - Thiết lập vị trí gài cà giữ ổn định vị trí gài, - Đảm bảo: gài hết chiều dài cần thiết khớp gài, có vị trí trung gian để động làm việc khơng tải lâu dài (ngắt dòng truyền mô men), - Hạn chế (hoặc oại trừ) khả va đập, gây ồn chi tiết truyền mô men hộp số, - Có khả toa cảm giác thực gài số lùi Đáp ứng nhu cầu trên, kết cấu phận chuyển số đa dạng, cso phần sau: điều khiển chuyển số, định vị, khóa hãm, bảo hiểm gài số a Cơ cấu điều khiển chuyển số trực tiếp nắp hộp số Phần lớn chi tiết cấu chuyển số nằm nắp hộp số, cần số bố trí sàn xe cạnh vị trí ngồi người lái Các chi tiết bao gồm: cần số, trục trượt nạng gài, vành gài cách bánh gài số Đồ án môn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang Cần số Đầu cần số Trục tượt gài số Nạng gạt Khớp gài số Gối cầu cần số Cơ cấu định vị Vành đồng tốc Bánh gài A- Hành trình chọn trục B- Hành trình gài số Hình 1.3 Các chi tiết, mặt trích ngang cấu điều khiển chuyển số nắp hộp số Mỗi trục trượt đảm nhận số gài Các trục bố trí cho tất vị trí nạng gạt vị trí trung gian, rãnh trục trượt thẳng hàng với nhau, đảm bảo đầu cần số di chuyển rãnh (A- hành trình chọn trục trượt) Các trục trượt 3, di chuyển theo hướng dịch chuyển B (hành trình gài số) Trên trục trượt có rãnh định vị, tương ứng với vị trí khơng gài số (vị trí trung gian), vị trí biên tương ứng với vị trí gài số Ở nắp trượt có bố trí bi, lò xo kết hợp với rãnh định vị trục trượt hình thành cấu định vị cho trục trượt Ba rãnh thẳng hàng Rãnh đặt đầu cần số Các nạng gài số Lẫy số lùi Rãnh định vị trục trượt Hình 1.4 Bố trí trục trượt hộp số b Cơ cấu chuyển số từ xa Trong điều kiên truyền lực, khoảng cách tờ vị trí người lái tới nơi đặt hộp số xa cần thiết bố trí điều khiển từ xa cấu điều khiển dùng trục nối dài Một số ô tô sử dụng hai dây cáp truyền chuyển vị điều khiển chuyển số từ chỗ ngồi người lái tới hộp số Mỗi sợi cáp có chức truyền chuyển vị cần số tới hộp số: A- Chọn trục trượt, B- Gài số Đồ án mơn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang Cần số Bệ điều khiển Cáp nối dài Hộp số Hình 1.5 Cơ cấu điều khiển dùng cáp nối dài Một số tơ sử dụng cấu điều khiển chuyển số khí – khí nén, thủy lực, hay tổ hợp khí – khí nén thủy lực điện từ, dựa sở kết cấu khí trình bày c Các phận đảm bảo an toàn chuyển số Cơ cấu định vị, khóa hãm trục trượt Cơ cấu định vị trục trượt dùng để gài số vị trí tránh nhảy số sau gài Hiện ô tô thường dùng cấu định vị loại bi lò xo Khi gài số tác động lực từ người lái, trục trượt dịch chuyển dọc trục, viên bi bị đẩy lên lò xo định vị bị nén lại Khi gài số đó, rãnh lõm trục trượt trung với vị trí đặt viên bi Nhờ có lực căng lò xo, viên bi giữ trục trượt nguyên vị trí chuyển số khác Nắp che Nắp hộp số Trục trượt Nạng gạt Sợi thép khóa 10 Ốc Lò xo tỳ Chốt tỳ Chốt khóa Khóa bi 11 Lò xo định vị 12 Bi tỳ 13 Chốt khóa trục 14 Trục số lùi Hình 1.6 Cơ cấu định vị, khóa hãm, bảo hiểm số lùi Bộ phận khóa hãm dùng để ngăn ngừa gài đồng thời hai trục trượt lúc Như loại trừ khả thời điểm hai số truyền thực hiện, nhằm tránh gãy vỡ bánh trục Đồ án mơn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang 10 Khi trượt vị trí gài số trượt lại bị khóa cứng Bộ phận khóa hãm mơ tả mặt cắt B-B hình 1.6 Kích thước bi rãnh vát tính tốn cho trục di chuyển khỏi vị trí trung gian, trục lại bị khóa cứng (xem hình 1.7 a, b) Bảo hiểm số lùi Hình 1.7 Cơ cấu khóa hãm Cơ cấu bảo hiểm số lùi dùng để tránh gài số lùi cách ngẫu nhiên Khi gài số lùi, người lái cần tác động lực đủ lớn đưa đầu cần số vào vị trí dịch chuyển trục trượt sơ lùi Kết cấu thể mặt cắt A-A hình 1.6 chi tiết, lò xo tỳ, chốt tỳ, chốt khóa Lực người lái cần thắng lực cản lò xo để đẩy trục trượt số lùi 14 vào vị trí gài số Ngồi cấu an tồn kể số tơ bố trí thêm cơng tắc báo vị trí gài số điện thị đèn báo vị trí gài số bảng tablô theo dõi d Khớp gài đồng tốc Một số kết cấu gài số: Gài trực tiếp bánh răng, gài qua ống dễ gài số dùng cho số số lùi, Gài qua gài đồng tốc dùng cho số truyền cao Gài trực tiếp gài qua ống dễ gài số Loại ống gài có ưu điểm kết cấu đơn giản, kích thước gọn Nhưng bố trí số truyền cao gây nên va đập đầu gài số Do số truyền cao thường sử dụng gài đồng tốc thay cho ống dễ gài số Bộ đồng tốc Sự giảm nhỏ triệt tiêu va đập gài số thực hai phần gài với có tốc độ quay Để đáp ứng nhiệm vụ này, hộp số ô tô dùng đồng tốc tất số truyền phần số truyền Bộ đồng tốc phân theo đặc điểm sau: + Theo mức độ san tốc độ: - Bộ đồng tốc hoàn toàn: cho phép gài số tốc độ góc hai phần gài với hoàn toàn giống Đồ án mơn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang 11 y : Hệ số dạng chân răng, phụ thuộc chủ yếu vào hệ số dịch chỉnh tra theo đồ thị (I-5) Đối với bánh nghiêng hệ số y xác định theo số tương đương: ztđ = z/cos3β kβ : Hệ số trùng khớp, tra theo đồ thị I-6, với εβ = bwsinβ/(mn.π)= 0.7, kβ=1,8 kd :Hệ số tải động, xe kd= 1,5÷2,0, ta chọn kd= 1,5 kms:Hệ số ảnh hưởng ma sát: Đối với bánh chủ động: kms=1,1 Đối với bánh bị động: kms=0,9 kc : Hệ số tính đến độ cứng vững trục phương pháp lắp Đối với bánh di trượt trục thứ cấp : kc=1,1 Đối với bánh ăn khớp: kc=1,0 ktp : Hệ số tải trọng động phụ sai số công nghệ, chọn ktp=1,2 kgc : Hệ số tập trung ứng suất góc lượn chân răng, k gc=1,1 bánh khơng mài góc lượn Bảng 2.9 Giá trị ứng suất uốn bánh Cặp BR 1-1' 2-2' 3-3' 4-4' 5-5' L L1 L' z ztd 13 15.7 17 20.5 22 26.5 27 32.5 32 38.6 12 18 39 y 0.11 0.12 0.125 0.13 0.135 0.095 0.115 0.135 Ft (MN) σu (MN/m2) z' z'td 0.008 0.006 0.005 0.004 0.003 0.009 0.01 0.01 709 497 369 289 235 830 722 553 47 56.6 43 51.8 38 45.8 33 39.8 28 33.7 y 0.14 0.14 0.135 0.135 0.13 Ft (MN) σu (MN/m2) 0.008 0.006 0.005 0.004 0.003 557 426 341 278 244 Để đảm bảo điều kiện bền, ứng suất tính phải thoả mãn điều kiện sau: u � g 1,3 σg : ứng suất gây nên gãy (theo sức bền vật liệu) Đồ án môn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang 26 Ứng suất uốn bánh hộp số thường nằm phạm vi giới hạn sau: tay số 1và 2: 350÷840 (MN/m2) tay số 3, 5: 150÷400 (MN/m2) tay số lùi: 300÷1200 (MN/m2) Vậy bánh đảm bảo điều kiện bền theo ứng suất uốn b Tính bền theo ứng suất tiếp xúc - Đối với cặp bánh chế tạo vật liệu, tính tồn ứng suất tiếp xúc theo công thức: Ft E σ tx = 0,418.cosβ b.sinα w cosα w (2.15) �1 � � + � �r1 r2 �(MN/m2) Trong : β : góc nghiêng bánh răng, Ft : lực vòng (MN), E : môđun đàn hồi vật liệu Đối với thép E = (2÷2,2).10 (MN/m2) Ta chọn E = 2,1.105 (MN/m2), b : bề rộng răng, r1, r2 : bán kính vòng lăn bánh bị động chủ động , αw : góc ăn khớp Bảng 2.9 Giá trị ứng suất tiếp xúc cặp bánh Cặp BR 1-1' 2-2' 3-3' 4-4' 5-5' L-L1 L1-L' Ft (MN) 0.008 0.006 0.005 0.004 0.003 0.009 0.009 i 3.62 2.53 1.73 1.22 0.88 1.54 2.11 r1 17.3 22.7 29.3 36.0 42.7 16.25 25 r2 62.7 57.3 50.7 44.0 37.3 25 52.813 σtx 1687 1349 1109 969 888 2499 1904 Ứng suất tiếp xúc bánh hộp số thường nằm khoảng: [σtx]=1000÷2500MN/m2 bánh nghiêng [σtx]=1500÷3000MN/m2 bánh thẳng Vậy bánh đảm bảo điều kiện bền theo ứng suất tiếp xúc 2.3 Tính tốn trục hộp số 2.3.1 Chọn vật liệu trục Đồ án môn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang 27 Chọn vật liệu chế tạo trục thép 45 có σ b = 600 Mpa, ứng uất xoắn cho phép [τ] =12…50 Mpa Chọn [τ]=50 Mpa 2.3.2 Tính sơ kích thước trục hộp số d1 = 5,5 M emax - Trục sơ cấp: = 28,6 (mm) Ta chọn d1 = 29 (mm) Trục thứ cấp: d2 = 0,45.aw = 36 (mm) d = 5,5 M L' - Trục số lùi: = 33 (mm) 2.3.3 Tính bền trục a Sơ đồ đặt lực chung - Sơ đồ đặt lực chung cho tay số từ đến Hình 2.2 Sơ đồ đặt lực chung cho tay số từ đến Đồ án môn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang 28 - Sơ đồ đặt lực cho tay số Hình 2.3 Sơ đồ đặt lực chung cho tay số b Khoảng cách điểm đặt lực - Chiều rộng ổ lăn bol: dolA =30 mm � b =19 mm � ⇒ � ol1 � bol2=21 mm �dol2=35 mm � Chọn bề rộng tính tốn bol = 20 mm - Chiều rộng đồng tốc bđt = 50 mm Đối với chiều rộng đồng tốc bố trí thêm bánh số lùi có b’đt = 60 mm - Khoảng cách từ mặt cạnh bánh đến thành vỏ hộp k1 = mm - Khoảng cách mặt cạnh bánh đặt sát k2 = mm Bảng 2.10 Khoảng cách điểm đặt lực (N) Trục sơ cấp Trục thứ Tay số a1 23 100 121 187 a2 187 110 89 23 a3 210 210 210 210 210 30 23 30 a4 b1 30 30 30 Đồ án mơn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang 29 cấp b2 28 105 126 192 b3 187 110 89 23 b4 245 245 245 245 245 b5 215 215 215 215 215 b6 23 c Tính phản lực gối đỡ - Tay số đến 4: Xét mặt phẳng yOz: By = (Fr a1 + Fa d/2) /a A y = Fr - By E y =[-Fr(C1) b1 - Fa(C1) d C1 /2 + F'r (b1 +b ) - F'a d'/2] /b D y = - F'r + E y + Fr(C1) Xét mặt phẳng xOz: Bx = Ft a1 /a A x = Ft - Bx E x = [Ft(C1) b1 + F't (b1 +b )] /b Dx =Ft(C1) + F't - E x - Tay số 5: Xét mặt phẳng yOz: By = [Fr (a +a )+ Fa d/2)] /a A y = - Fr + By Đồ án mơn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang 30 E y = [-Fr(C1) b1 - Fa(C1) d C1 /2 + F'r (b +b ) - F'a d'/2] /b4 D y = - F'r + E y + Fr(C1) Xét mặt phẳng xOz: Bx = Ft (a +a ) /a A x = - Ft + Bx E x = [Ft(C1) b1 + F't (b +b )] /b Dx =Ft(C1) + F't - E x Bảng 2.11 Phản lực gối đỡ (N) Tay số By Ay 766 4017 1984 1674 1871 955 2293 10 2399 455 Bx 887 2948 2757 3471 3649 Ax 7210 3243 2028 427 360 Ey Dy -1518 3066 162 3057 534 2182 1191 2055 1484 1808 Ex 3858 4770 3974 4189 4068 Dx 20094 12514 8385 5070 3059 d Vẽ biểu đồ mô men - Tay số đến 4: Đồ án môn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang 31 Hình 2.4 Biểu đồ mơ men trục 1(trái), trục 2(phải) tay số đến Trục 1: M1 =A y a1 ; M =B y a ; M =A x a1 ; Trục 2: M =D y b1 - M =D b + F d /2 M =E b M =E b +F' d'/2 M8 =D x b1 M =E x b3 ; y aC1 C1 ; y ; y a ; ; Tay số 5: Hình 2.4 Biểu đồ mơ men trục 1(trái), trục 2(phải) tay số Trục 1: M1 =A y a ; M3 =A x a Trục 2: M =D y b1 ; M5 =D y b1 + F'aC1.d C1 /2 M = - Fr b +F'a d'/2 M =D x b1 M8 =F't b6 ; ; ; ; Bảng 2.11 Mô men điểm đặt lực (Nmm) Tay số M1 M2 92390 143318 167352 218279 115604 166531 1820 52748 95622 75650 M3 165821 324307 245338 79840 M4 91991 91720 65474 61640 Đồ án môn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ 54245 Trang 32 M5 276115 220537 153440 123885 98807 M6 -283808 17765 47496 27393 -133 M7 -99685 146582 135462 89638 91760 M8 602805 375427 251561 152091 75650 M9 721474 524682 353669 96338 e Tính mơ men tương đương tính chọn đường kính đoạn trục theo M td M u = M 2x +M 2y - Mô men uốn tổng: - Mô men tương đương: d �3 M td = M u2 +0,75.M z2 M td 0,1 [σ] - Đường kính d: Trong đó, trị số ứng suất cho phép [σ] tra theo bảng 10.5, sách Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, tập 1, trang 195 Với vật liệu chọn đường kính sơ ta chọn [σ] = 63 MPa Bảng 2.12 Mô men tương đương điểm đặt lực (Nmm) tính chọn đường kính d (mm) Trục sơ cấp Trục thứ cấp Tay số Mz (sc) 140000 140000 140000 140000 140000 MuA MtdA 121244 121244 121244 121244 121244 d 26.3 26.3 26.3 26.3 26.3 Chọn dA 30 30 30 30 30 Mubr 219172 390923 296519 95690 Mtdbr 250473 409293 320349 154456 121244 d 33.4 39.4 36.3 28.5 26.3 Chọn dbr 34 40 37 32 27 MuB 0 0 121929 MtB 121244 121244 121244 121244 171949 d 26.3 26.3 26.3 26.3 29.5 Chọn dB Mz (tc) 30 506153 30 354117.6 30 241818 30 171111.1 30 122500 Đồ án mơn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang 33 MuD MtdD 438342 306675 209421 148187 106088 d 40.3 35.8 31.5 28.1 25.1 Chọn dD 45 45 45 45 45 MuC1 663034 435410 294664 196161 134843 MtdC1 794832 532571 361502 245842 171573 d 49.1 43.0 37.8 33.2 29.5 Chọn dC1 50 50 50 50 50 Mubr' 775289 544773 378724 131590 Mtdbr' 890627 625162 432769 198180 106088 d 51.0 45.4 40.1 30.9 25.1 Chọn dbr' 46 46 42 39 32 MuE 0 0 75650.2 MtdE 438342 306675 209421 148187 130298 d 40.3 35.8 31.5 28.1 26.9 Chọn dE 35 35 35 35 35 2.4.Tính tốn ổ lăn Ổ lăn hộp số ô tô chọn theo khả làm việc với chế độ tải trọng trung bình Ổ bi cần phải đảm đảm bảo yêu cầu làm việc bền lâu kích thước ổ nhỏ Trong số trường hợp kích thước ổ chọn tăng lên để đảm bảo điều kiện lắp ghép chi tiết hộp số để nâng cao độ cứng vững chi tiết hộp số Do tốc độ vòng quay ổ bi n ≥ 10 (vg/ph), nên ổ lăn tính theo khả tải động để đảm bảo đồ bền lâu ổ Ta tính khả làm việc ổ Hệ số khả làm việc ổ bi xác định theo công thức: C = Rtđ K1 Kđ Kt (nt h)0.3 Trong đó: - K1 : hệ số tính đến vòng quay K1 = 1,0 vòng ổ quay - Kđ : hệ số tải trọng động Kđ = 1,0 - Kt : hệ số tính đến ảnh hưởng chế độ nhiệt độ đến độ bền lâu ổ bi Hộp số ô tô thường làm việc nhiệt độ 3980K, nên ta lấy Kt = 1,0 Đồ án mơn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang 34 ... nhiên hộp số điều khiển tay, kết cấu hộp số, phận điều khiển chuyển số phức tạp Vậy nên lựa chọn hộp số cấp số truyền cho ô tô Xét yêu cầu thiết kế toán theo xe tham khảo ta trọn hộp số trục số tiến:... ta có hai phương án lựa chọn: - Hộp số trục Hộp số trục Đề tài môn học em lựa chọn Thiết kế hộp số khí xe chỗ”, thông số tham khảo xe Vios 2016 lắp ráp Việt Nam Xe Vios 2016 có động đặt trước,... �zL1 �zL2 , II Hình 2.1 Sơ đồ hộp số trục cấp Đồ án mơn học: Thiết kế hộp số khí cho xe chỗ Trang 15 2.2 Thiết kế tính tốn hộp số Dựa vào số thơng số theo xe tham khảo Vios 1.5E (MT) lắp ráp Việt