Bài tập lớn tính toán ô tô

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC THIẾT KẾ CẦU CHỦ ĐỘNG I/KHÁI QUÁT VỀ CẦU CHỦ ĐỘNG: Cầu chủ động gồm phận quan trọng là: Bộ truyền lực chính, vi sai, hai bán trục mayơ bánh xe chủ động Hình 1: Cấu tạo cầu chủ động 1.Truyền lực : b.Cơng dụng: - Truyền lực để tăng momen qua cấu phân chia đến bán tr ục đặt góc đó(thường 90 độ) trục dọc tơ máy kéo - Truyền lực có loại đơn loại kép Loại đơn có m ột cặp bánh nón hipơít, loại kép có cặp bánh nón hipơít m ột c ặp bánh trụ Loại đon thường đặt ô tơ tải loại trung bình nhỏ, tơ du l ịch tơ bt chỗ ngồi Loại kép đặt ô tô tải loại trung bình, lo ại l ớn thường thiết kế thành khối c.Phân loại: - Theo truyền lực chia ra: + Cặp bánh hình nón với bánh cong gồm: • Loại truyền động thơng thường (trục bánh cắt điểm) • Loại truyền động hipơít (trục bánh khơng cắt mà nằm mặt phẳng) + Loại truyền động bánh thẳng + Loại trục vít + Loại truyền động xích - Theo số cặp bánh ăn khớp chia ra: + Loại đơn với cặp bánh ăn khớp có tỉ s ố truyền i0= ÷ + Loại kép với cặp bánh ăn khớp có i0 = ÷ 12 Loại kép lại chia ra: - Bánh nón bánh trụ truyền lực trung ương Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - Bánh nón truyền lực trung ương bánh trụ truy ền lực cạnh - Theo cấp tỉ số truyền chia ra: + Loại cấp với tỉ số truyền không đổi + Loại nhiều cấp: Thường cấp tỉ số truyền d.u cầu: Truyền lực có yêu cầu: đảm bảo tỉ số truyền cần thi ết, đảm bảo hiệu suất cao thay đổi nhiệt độ tốc độ quay, đảm bảo độ bền trục điểm tựa Truyền lực đơn: Hình 2: Sơ đồ truyền lực đơn a.TLC kiểu bánh côn xoắn b.TLC dạng hypôit c.TLC dạng trục vít Truyền lực kép: Truyền lực kép có tỷ số truyền tạo hai cặp bánh ăn khớp Gồm truyền lực trung tâm hay truyền lực bên (cạnh) Truyền lực kép sử dụng ô tô cần tỷ số truyền lớn truyền lực đơn khơng đáp ứng Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hình 3: Sơ đồ truyền lực kép a.Truyền lực trung tâm b Truyền lực bên 2.Vi sai : a Công dụng: - Vi sai đảm bảo cho bánh xe chủ động quay với vận tốc góc khác (khi quay vòng, kích thước bánh xe trái phải khơng giống hồn tồn đường không phẳng) a Vi sai mở : Hình 4: Cấu tạo vi sai mở b.Vi sai trượt phần: Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hình 5: Vi sai trượt phần c.Vi sai có khóa: Hình 6: Vi sai có khóa Bán trục : Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hình : Các loại bán trục a.Bán trục khơng giảm tải: ổ tựa đặt bên bên ngoài, đặt trực tiếp lên nửa trục b.Bán trục giảm tải ½: ổ trục bên đặt vỏ vi sai bên đặt trực tiếp lên nửa trục c.Bán trục giảm tải ¾: ổ tựa bên đặt lên vỏ vi sai ổ tựa bên gồm ổ bi đặt dầm cầu moayơ bánh xe không đặt trực tiếp lên trục d.Bán trục giảm tải hoàn toàn: ổ tựa bên đặt vỏ vi sai ổ tựa bên gồm hai ổ bi đặt dầm cầu moay bánh xe không đặt trực tiếp lên trục Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC 4.Chọn phương án thiết kế : a.Cầu chủ động: Hình 8: Cấu tạo cầu chủ động  Chọn theo Sơ đồ 4x2 (động đặt trước, cầu chủ động đặt sau) Hình 9: chọn phương án cầu chủ động Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC b.Truyền lực chính:Chọn loại đơn dạng bánh dạng hypoit Hình 10:Truyền lực dạng bánh hypoit  Các ưu điểm loại truyền động : -Dịch chuyển trụ bánh chủ động so với bánh bị động đoạn a khoảng 0,2 đường kính vòng tròn bánh bị động Nhờ hạ thấp tâm ô tô, cho phép tăng độ ổn định, tăng vận tốc tơ -So với cặp bánh nón có tỷ số tryền, truyền mơ men đường kính bánh chủ động lớn ( 20 – 25 % ) trục bánh chủ động lớn Do kết cấu vững hơn, độ bền lớn làm việc êm dịu -Do bề mặt tiếp xúc lớn nên ứng suất tiếp xúc có giá trị bé so với nón xoắn  Các khuyết điểm loại truyền động này: -Sự trượt tăng theo chiều dài mặt cạnh Vì phải dùng dầu bơi trơn đặc biệt -Đòi hỏi phải lắp xác bánh chủ động phải có điểm tựa thật chắn Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC c.Chọn vi sai : -Do mục tiêu giá thành chế tạo rẻ nên ta chọn loại vi sai kiểu mở d.Chọn bán trục: -Do xe ô tô , trọng tải tối đa 1500kg với yêu cầu tính đơn giản kết cấu ta chọn loại bán trục giảm tải 1/2 Hình 11 : Bán trục giảm tải ½ Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC II/ THIẾT KẾ TÍNH TỐN TRUYỀN LỰC CHÍNH:  Thơng số cho trước xe Toyota INNOVA: • Trọng lượng phân bố lên cầu trước, cầu sau: G1=550kg,G2=1000 kg • Chiều cao trọng tâm xe: hg=1000mm • Khoảng cách vết bánh xe: B= 1510 mm • Mômen xoắn cực đại động cơ: Memax= 182.4 N.m/ nemax= 5600v/ph • Tỷ số truyền cụm hệ thống truyền lực: ih1= 3,93; ih5=0,85 • Tỷ số truyền lực cạnh : ic= • Tỷ số truyền lực : i0= 4,3 • Bán kính tính tốn bánh xe: rbx= 301mm = 0.301m • Hệ số bám đường: φmax= 0.9 • Cơng suất cực đại: Nemax= 99,9Kw/5600 vòng/phút Truyền lực loại đơn: chọn truyền động hypoit (HPI) với đường tâm trục bánh chéo Xác định thông số truyền lực chính: a.Chọn tải trọng tính tốn:  Đối với tơ có cơng thức bánh xe 4x2 tải trọng tính tốn xác định theo mơ men cực đại động xe chuyển động số truyền 1: Mtt=Memax ih1= 182,4.3,93= 716,83 Nm ih1: tỷ số truyền tay số  Mômen cực đại động theo điều kiện bám Trong đó: i0: tỷ số truyền lực ic: tỷ số truyền lực cạnh Chọn mômen cực đại nhỏ ⇒ Mtt= 630Nm b Chọn kích thước cặp bánh truyền lực i0= 4.0⇒ Z1= răng, Z2= Z1× i0=9× 4,3=38,7 => chọn 39 Trong đó: Z1 - Số bánh dứa (chọn theo sách BTL-TT Ơ TƠ) Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Z2 - Số bánh vành chậu -Tra bảng 4.2/trang66 sách BTL-TT ÔTÔ ⇒ hệ số dịch chỉnh ξ= 0.626 -Chọn góc ăn khớp  : góc nghiêng trung bình đường xoắn bánh chủ động TLC (độ): -Chọn chiều xoắn bánh côn chủ động ngược với chiều quay bánh để đảm bảo lực dọc trục tác dụng lên bánh chủ động hướng từ đáy nhỏ lên đáy lớn xe chạy tiến ( nhằm tránh kẹt răng) -Thông thường ôtô bánh chủ động quay theo chiều thuận kim đồng hồ (quay phải) ta nhìn từ đầu máy Do chọn chiều xoắn bánh chủ động chiều trái ( nhìn từ đáy nhỏ bánh răng) a b Hình 12 : Chiều xoắn a: xoắn phải  Le: chiều dài đường sinh (mm) =14  ms: môđun pháp tuyến mặt đáy lớn = = = 6,4509 chọn 6,5  b: chiều dài (mm) b= 0.3Le= 0,3.129,1=38,73 mm  Lm chiều dài trung bình: Bài Tập Lớn Tính Tốn ÔTÔ Page 10 b: xoắn trái KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Lm= Le - 0.5b = 129,1- 0,5 38,73=109,7 mm  mn: mơđun pháp tuyến trung bình: mn= ms (Lm∕ Le).cosβ= 6,5 (109,7∕ 129,1).cos(35º22’)= 4,5  d2: đường kính sơ vòng chia đáy lớn bánh bị động truyền lực HPI  E: khoảng chuyển dịch HPI (mm) E=0,2.d2= 0,2 176,6 = 35,3mm  Góc nghiêng trung bình đường xoắn bánh chủ động truyền HPI = + = 53º22’  Chọn đường kính bánh chủ động k = 1,4 =>  Đường kính vòng chia: De1=msZ1=6,5 9=58,5 mm De2=msZ2=6,5.39=253,5mm  Chiều cao đỉnh răng: hae1= hae2=  Chiều cao răng: he1=he2=(2cos+0,2).ms=(2.cos(+0,2).6,5=11,9mm  Chiều cao chân răng: hfe1= he1 - hae1= 11,9-8,62= 3,28 mm hfe2= he2 - hae2= 11,9-1,98= 9,92 mm 2.Xác định lực ứng suất tác dụng lên truyền lực  Góc chia: Góc chia bánh nhỏ: δ1 Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page 11 KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Góc công chia bánh lớn: δ2 δ2= 90- δ1=90= 76 ̊ 54’  Bánh kính trung bình bánh : mm  Đối với truyền động HPI cần phân tích lực riêng cho bánh chủ động bị động a) Đối với bánh chủ động:  Lực vòng = = = 25343,61 N  Lực chiều trục : = = = 36701,55 N  Lực hướng kính: R1= = = 7336,97 N b) Bánh bị động:  Lực vòng : P2=P1= 25343,61 35481,05  Lực chiều trục :  Lực hướng kính : 3.Tính kiểm tra bền bánh truyền lực  Kiểm tra bánh theo ứng suất uốn : σu = Với y hệ số dạng xác định theo số tương đương Z tđ = = = 43,49=>chọn 43 = = = 295,38=>chọn 295 Tra bảng 3-18 trang giáo trình BTL - CTM ta có y1=0,476 y2=0,517 Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page 12 KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - ứng suất uốn cho phép, = ( 700 900) MN/m2 = =358,95 MN/m2 = = 462,68MN/m2 =>Ta thấy σ1u σ2u thoả mãn điều kiện  Kiểm tra bánh theo ứng suất tiếp xúc: σtx = 0,418 (*) Với: ritđ – bán kính bánh tương đương, i = 1,2 ritđ = E = 2,15.105 (N/m2) – mô đun đàn hồi vật liệu = (1500-2500) MN/m2- ứng suất tiếp xúc cho phép  = 1001,02 MN/m2< = 15002500 (MN/m2)  =1184,42 MN/m2< = 15002500 (MN/m2) Vậy điều kiện tiếp xúc thoả mãn *BẢNG SỐ LIỆU: THÔNG SỐ Bánh chủ động Chiều dài đường sinh Le = 129,1 mm Chiều dài đường sinh trung bình Lm = 109,74 mm α = 20o Góc ăn khớp α Hệ số dịch chỉnh Góc nghiêng trung bình đường xoắn Bánh bị động ξ = 0,626 β1= 53º22’ β = 33o21’ Z1 = Z2 = 39 Số Độ dịch trục E Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ E = 35,32 mm Page 13 KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mơđun mặt đáy ms = 6,5 Mơđun pháp trung bình mn = 4,51 mm Đường kính vòng chia trung bình De1 = 58,5 mm De2 = 253,5 mm δ1 = 13o6’ δ2 = 76o54’ Chiều cao đầu mặt đáy lớn ha1= 8,62 mm he2=1,98 mm Chiều cao chân mặt đáy lớn hf1 = 3,28 mm hf2=9,92 mm Góc chia Tính trục chọn ổ truyền lực a) Chọn sơ đường kính trục Áp dụng =>chọn d=35mm Khoảng cách ổ bi L=2,5.d=78,15mm → chọn 78mm Phân tích kế cấu trục Hình 13:Sơ đồ kết cấu trục bánh chủ động Chọn phương pháp bố trí a thường sử dụng truyền lực Chọn ổ đũa với d=35mm chọn ổ đũa trung kí hiệu 7307 có dxBxD 35x21x80 (Sách BTL-CTM) Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page 14 KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC b)Tính xác đường kính trục  L1 khoảng cách từ gối đỡ đến đường kính vòng chia trung bình bánh nhỏ + mm  Moment uốn tác dụng lên ổ bi số 1:  Moment tổng hợp Mz=Mtt=630N.m  Đường kính trục tiết diện nguy hiểm: > dsb=35mm =>Không thoả đk -Chọn d=40mm -Chọn ổ đũa 7308 với kích thước dxBxD : 40x23x90 III.TÍNH TỐN VI SAI Bộ vi sai có nhiệm vụ truyền mơ men từ TLC sang bán trục Trong trình làm việc bánh hành tinh có điều kiện làm việc khắc nghiệt Vì q trình tính toán ta tiến hành kiểm nghiệm bền cho bánh hành tinh 1.Xác định kích thước bánh vi sai Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page 15 KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hình 14: Sơ đồ thiết kế vi sai * Chọn: Hệ số khóa vi sai kσ=0.2 Chọn sơ mơ đun bánh vi sai theo kinh nghiệm ms=5 Chọn số bánh hành tinh q=2 Hiệu suất truyền lực ηtl=0,93 Số bánh bán trục Zb= 18  Tỷ số truyền chọn theo kinh nghiệm: iht= 1,3 => 14  Góc chia  Chiều dài đường sinh côn chia:  Chiều dài răng: b= 0,3.Le=0,3 57,01=17,1 mm  Chiều dài đường sinh trung bình : Rm Lm=Le - 0,5.b =57,01 - 0,5 17,1= 48,46mm  Đường kính vòng chia d de1=msZ1=5 14= 70mm de2=msZ2=5 18=90 mm Bài Tập Lớn Tính Tốn ÔTÔ Page 16 KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  Đường kính trung bình dm =>  Chiều cao he ha1=ha2=ms.2,2=11 mm  Chiều cao chân hf : hf1=hf2=1.2ms=1,2 5= mm 2.Chọn chế độ tải trọng tính tốn bền  λ hệ số kích thước λ=1- (b∕Re)= 1- (17,1∕57,1)=0,7  Mo: mômen xoắn vỏ hộp vi sai (Nm) M0=Memax i0 ih1 ηtl=182,4.4,3.3,93.0,93=2866,611 Nm  Số tương đương: = 22,8 => chọn 23 => hệ số dạng y=0,429  Mô men pháp tuyến trung bình:  Mơmen theo động Mtt1=0,5.Memax(1+ kσ)ih1 i0×.ηtl =0,5.182,4 (1+ 0,2).3,93.4,3.0,93=1719,967Nm  Mômen theo điều kiện bám  Chọn Mtt=N.m  Lực P tác dụng lên bánh bán trục P = = 35411,76  Tính ứng suất uốn: Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page 17 KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC 1767,105 [σu]=(1000÷ 2000) MN/m2  Bán kính bánh tương đương 44,34 mm = 73,3 mm  Ứng suất tiếp xúc: = 0,418 = 2959,713 Với [σtx]=(2500÷ 4000) MN/m2 THƠNG SỐ BÁNH RĂNG BỘ VI SAI Bánh Thông số Số Z Chiều dài đường sinh Le Chiều dài đường sinh trung bình Lm Chiều dài b Góc chia δ Mơ đun pháp tuyến ms Mơ đun pháp tuyến trung bình mn Đường kính vòng chia d Chiều cao đỉnh Chiều cao chân hf Hành tinh Bán trục 14 18 57,01mm 48,46 mm 17,1 mm 37°52’ 52°8’ 3,213 70 mm 90 mm mm mm IV/TÍNH TỐN BÁN TRỤC Bán trục bố trí dầm cầu để truyền mơmen xoắn từ truyền lực đến bánh xe chủ động Do xe có tải trọng nhỏ dựa vào cách phân loại ta chọn phương án thiết kế sau: Theo kết cấu cầu: phương án cầu rời chọn Theo mức độ chịu lực hướng kính chịu lực trục: phương án loại nửa trục giảm tải 1/2 chọn 1.Các chế độ tải trọng tính tốn Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page 18 KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC a) Khi lực kéo Zk đạt giá trị cực đại Momen tính tốn :  Theo động Mtt=Mte=Memax.ih1.i0.ɳtl.(=182,4.3,93.4,3.0,93.= 1719,97N.m  Theo điều kiện bám : Mtt =1354,5N.m  Lực kéo tính từ động Pkmax= = 5714,2  Lực kéo tính theo điều kiện bám Pkmax= = 4500N=> chọn làm thơng số tính toán  Xác định phản lực pháp tuyến đường: -λ2: hệ số phân bố tải trọng lên cầu kéo Chọn λ2=1,5 xe lên dốc b) Khi lực phanh Zpmax đạt giá trị cực đại -λp2: hệ số phân bố tải trọng lên cầu phanh Chọn λp2=0,7 xe lên dốc  Xác định phản lực pháp tuyến đường:  Xác định lực phanh: c)Lực ngang (Ymax) đạt giá trị cực đại (khi xe quay vòng bị trượt ngang)  Xác định phản lực pháp tuyến đường: Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page 19 KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC 11622,52 φ’max=1: hệ số bám ngang Ykmax: lực ngang cực đại (N) d) Khi lực thẳng đứng đạt giá trị cực đại: kđ: hệ số tải trọng động chọn để tính cho xe du lịch Chọn kđ=1,75 8750 Bài Tập Lớn Tính Tốn ƠTƠ Page 20 KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC 2.Tính bền bán trục *Chọn: - Vật liệu chế tạo bán trục thép hợp kim C25CrMn Có [σth]=750 MN/m2: ứng uốn tổng hợp - Đường kính bán trục tiết diện tính toán: d=40mm - Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm ổ lăn đầu tiên: b=100 mm - Khoảng cách tâm ổ lăn: a= 500mm a) Chế độ lực kéo cực đại -Ứng suất uốn bán trục tiết diện lắp ổ đỡ đầu trục xác định theo công thức: 136,66Thay số ta có: 125,96 MN/m2 < 750 MN/m2 (thoả mãn) b) Chế độ lực phanh cực đại