Truyền động các đăng

Yêu cầu Để đảm bảo được chức năng của bộ truyền trong HTTL, các đăng cần cĩ các yêu cầu sau:  Đảm bảo truyền mơmen xoắn Mx và tạo điều kiện cho trục của cơ cấu được dẫn động quay đều;

CHƯƠNG 4

TRUYỀN ĐỘNG CÁC ĐĂNG

Mục tiêu:

Sau khi học xong chương này các sinh viên có khả năng:

1 Trình bày được công dụng, yêu cầu và phân loại các đăng

2 Trình bày được động học của cơ cấu các đăng đơn khác tốc

3 Trình bày được động học của cơ cấu các đăng kép

4 Trình bày được động học của khớp các đăng đồng tốc

5 Tính được động lực học của cơ cấu các đăng

6 Xác định được số vòng quay nguy hiểm của trục các đăng

Bài tập cuối chương 3: Tính tốn và thiết kế:

1 Truyền động các đăng đồng tốc;

2 Truyền động các đăng khác tốc

MỤC LỤC

A – KẾT CẤU TRUYỀN ĐỘNG CÁC ĐĂNG 3

I CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI 3

1 Công dụng 3

2 Yêu cầu 3

3 Phân loại 4

II ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA TRUYỀN ĐỘNG CÁC ĐĂNG 5

1 Cấu tạo chung 5

2 Đặc điểm kết cấu của các bộ phận chính của truyền động các đăng 9

3 Đặc điểm kết cấu của một số loại truyền động các đăng 13

B – TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 14

III CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT 14

IV TÍNH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TRUYỀN ĐỘNG CÁC ĐĂNG 14

1 Cơ cấu các đăng đơn 14

2 Cơ cấu các đăng kép 16

3 Khớp các đăng kép đồng tốc 17

4 Động lực học của cơ cấu các đăng 21

5 Số vòng quay nguy hiểm của các đăng 23

CÂU HỎI ÔN TẬP 25

A – KẾT CẤU TRUYỀN ĐỘNG CÁC ĐĂNG

I CƠNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI

1 Cơng dụng

Truyền động các đăng dùng để truyền mômen xoắn giữa các trục không thẳng hàng Các trục này lệch nhau một góc  > 00 và giá trị của  thường thay đổi

2 Yêu cầu

Để đảm bảo được chức năng của bộ truyền trong HTTL, các đăng cần cĩ các yêu cầu sau:

 Đảm bảo truyền mơmen xoắn Mx và tạo điều kiện cho trục của cơ cấu được dẫn động quay đều;

 Khơng cĩ hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng; khơng cĩ tải trọng rung động và tiếng ồn;

 Ma sát trong ở mọi khâu, khớp (kể cả mối nối then hoa) là nhỏ nhất để cĩ hiệu suất truyền động cao;

 Đảm bảo số vịng quay nguy hiểm lớn hơn số vịng quay lớn nhất cĩ thể cĩ trong thực tế

sử dụng ( ngh>nmax);

 Làm việc tin cậy và cĩ chu kỳ bảo dưỡng lớn (xu hướng tiến tới khơng bơi trơn trong quá trình sử dụng); đơn giản về kết cấu

* Với bất kỳ số vòng quay nào của trục các đăng không được phép có các va đập và

dao động, không phát sinh ra tải trọng động quá lớn do mômen quán tính gây nên

* Các trục các đăng phải quay đều và không xuất hiện tải trọng động

* Ngay cả khi góc lệch  lớn thì hiệu suất truyền động vẫn phải bảo đảm lớn

Loại truyền mômen xoắn đến các bánh

xe chủ động ở cầu dẫn hướng (max từ

30o40o) hoặc ở hệ thống treo độc lập

đăng)Loại nhiều khớp các đăng

Theo tính chất động

học

Loại các đăng khác tốc

Loại các đăng đồng tốc

bi với đòn phân chia

* Theo công dụng, truyền động các đăng chia ra 4 loại:

+ Loại truyền mômen xoắn từ hộp số hoặc hộp phân phối đến các cầu chủ động (góc  từ

15o20o)

+ Loại truyền mômen xoắn đến các bánh xe chủ động ở cầu dẫn hướng (max từ 30o40o)hoặc ở hệ thống treo độc lập (max = 20o)

+ Loại truyền mômen xoắn đến các bộ phận đặt trên khung (maxtừ 3o5o)

+ Loại truyền mômen xoắn đến các cụm phụ (max từ 15o  20o)

* Theo số khớp các đăng chia 3 loại:

+ Loại đơn (có 1 khớp nối các đăng)

+ Loại kép (có 2 khớp nối các đăng)

+ Loại nhiều khớp các đăng

* Theo tính chất động học của các đăng chia ra:

+ Loại các đăng khác tốc

+ Loại các đăng đồng tốc

* Theo kết cấu các đăng chia ra:

+ Loại khác tốc gồm loại cứng và loại mềm

+ Loại đồng tốc gồm có: đồng tốc kép, đồng tốc cam, đồng tốc bi với các rãnh phân chia, đồng tốc bi với đòn phân chia

II ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA TRUYỀN ĐỘNG CÁC ĐĂNG

1 Cấu tạo chung

Hình 2 – Truyền động các đăng

Hình 3 – Truyền động các đăng

1 – Khớp nối mềm; 2 – Giá đỡ an toàn; 3 – Trục các đăng trước; 4 – Gối đỡ trung gian; 5 – Trục các

đăng sau

Hình 4 – Truyền động các đăng

1 – Khớp nối mềm; 2 – Trục các đăng trước; 3 – Gối đỡ trung gian với giá đỡ an toán; 4 – Khớp nối

trục các đăng; 5 – Trục các đăng sau; 6 – Kép mép cảu khớp nối trục các đăng

Hình 5 – Các chi tiết của truyền động các đăng

1 – Khớp đàn hồi; 2 – Bu lông; 3 - Ống lót trung tâm; 4 – Bích khớp nối mềm; 5 – Đai ốc; 6 – Nắp; 7 – Vòng bít kín; 8 – Vòng chắn; 9, 10, 11– Bu lông, vòng đệm kẹp trung gian và giá đỡ thân xe; 12 – Giá đỡ; 13 – Nắp chắn bụi; 14 –Gối đỡ trung gian; 15 – Vòng hãm; 16 – Tấm cân bằng; 17 – Trục các đăng sau; 18 – Cái chạc; 19 – Đai ốc; 20 - Ổ trục; 21 – Giá đỡ an toàn; 22 – Trục các đăng trước; 23 - Ổ trục hình kim; 24 – Vòng hãm; 25 – Vòng chắn; 26 – Khớp nối chữ thập; 27, 29 – Đai ốc, bu lông kẹp

chạc bích với bích dầm cầu; 28 – Chạc bích

Hình 6 – Truyền động các đăng ô tô VAZ – 2123

1 – Trục các đăng trước; 2 – Trục các đăng trung gian; 3 – Hộp số phân phối; 4 – Trục các đăng sau

b) Bố trí truyền động các đăng trên ô tô

Hình 7 – Cách bố trí truyền động các đăng trên ô tô

2 Đặc điểm kết cấu của các bộ phận chính của truyền động các đăng

Truyền động các đăng:

Để truyền được công suất từ hộp số ngang hay dọc đến cầu sau ở các xe FR và các xe 4WD cần

sử dụng một trục có cấu tạo đặc biệt vì ngoài nhiệm vụ truyền công suất, nó phải đảm bảo truyền chuyển động quay giữa các trục không nằm thẳng góc với nhau Trục này gọi là trục các đăng

Trục các đăng (ở các xe FR và các xe 4WD) truyền công suất từ hộp số ngang/dọc đến bộ vi sai Trục các đăng có thể dịch chuyển lên xuống tương ứng với các điều kiện đường xá và triệt tiêu sự thay đổi về chiều dài bằng rãnh then

Lắp đặt trục cac đăng ở vị trí sao cho bộ vi sai thấp hơn hộp số, do đó trục bị nghiêng đi Vì những lý do này, người ta thiết kế trục các đăng sao cho nó truyền công suất từ hộp số đến bộ vi sai được êm dịu không bị ảnh hưởng của các thay đổi nói trên

Hình 12– Đặc điểm kết cấu của trục các đăng

2.1 Thân trục các đăng

Trục các đăng là một ống thép nhẹ bằng thép các bon, đủ khoẻ để chống xoắn và cong Bình thường trục các đăng là một ống liền có hai khớp nối ở hai đầu hình thành các khớp các đăng

Vì có đôi chút rung động ở tốc độ cao, nên ngày nay thường sử dụng trục các đăng loại có 3 khớp nối

a) Loại có hai khớp nối

Tổng chiều dài của mỗi đoạn của trục các đăng loại hai khớp nối tương đối lớn Điều này có nghĩa là khi trục các đăng quay ở tốc độ cao, nó có xu hướng cong đi một chút và rung động hơn do độ mất cân bằng dư

b) Loại có 3 khớp nối

Chiều dài của mỗi đoạn trục của trục các đăng loại 2 đoạn, 3 khớp ngắn hơn và do đó độ cong do không cân bằng ngắn hơn Độ rung ở tốc độ cao cũng giảm

c) Ổ đỡ giữa

Ổ đỡ giữa đỡ hai phần của trục các đăng ở giữa, và được lắp qua mặt bích vào các rãnh then hoa

ở đầu trục trung gian Bản thân ổ đỡ giữa gồm có ống lót cao su che chắn ổ đỡ, và ổ đỡ này lại đỡ các trục các đăng và được lắp vào thân xe bằng một giá đỡ

Vì tách trục các đăng làm hai đoạn, ống lót cao su sẽ khử độ rung trong trục các đăng để ngăn độ rung này lan đến khung xe Do đó, độ rung và tiếng ồn từ trục các đăng ở tốc độ cao được giảm tới mức tối thiểu

a) Khớp các đăng khác tốc ( Khớp các đăng kiểu chữ thập)

Hình 8– Khớp các đăng khác tốc

Hình 9 – Khớp nối các đăng kiểu chữ thập Khớp cac đăng kiểu chữ thập được sử dụng phổ biến vì cấu tạo của chúng đơn giản và làm việc chính xác Một trong hai chạc đầu trục được hàn vào trục các đăng, còn chạc kia được gắn liền và một bích nối hoặc một đoạn trục rỗng (khớp trượt)

Để tránh cho nắp vòng bi không bị văng ra khi trục các đăng quay ở tốc độ cao, dùng một phanh hãm hoặc một tấm chặn để giữ chặt nắp vòng bi trong loại vòng bi mềm này

Loại nắp vòng bi cứng không thể tháo được

+ Sự thay đổi về tốc độ góc của khớp các đăng

Hình bên trái minh hoạ sự thay đổi về tốc độ của trục bị dẫn B, hợp thành một góc 30 ° với trục dẫn động A khi bán trục A quay ở tốc độ không đổi

Khi bán trục A (trục thứ cấp của hộp số) của khớp các đăng quay một vòng, trục bị dẫn B (trục các đăng) cũng quay một vòng

Bán kính quay của khớp này lớn nhất (r2) khi trục chữ thập vuông góc với trục dẫn động (các góc quay là 90 °, 270 °) Nó hơi nhỏ hơn một chút (r1) khi trục chữ thập không vuông góc với trục dẫn động (0 °, 180 ° hoặc 360 °)

Vì tốc độ biên của chạc nối ở trục bị dẫn thay đổi mỗi lần quay đi 90 °, tạo ra sự thay đổi về vận tốc góc đối với trục dẫn động Sự thay đổi vận tốc góc này trở nên lớn hơn khi góc (a) giữa trục dẫn động A và trục bị dẫn B lớn hơn

Các khớp cac đăng ở đầu dẫn động (phía hộp số) của khớp kiểu Hook sẽ triệt tiêu các biến thiên

về vận tốc góc này Hơn nữa các trục dẫn động và trục bị dẫn được đặt song song với nhau để tránh những biến động về tốc độ quay và mômen quay

b) Khớp các đăng đồng tốc

Hình 10 – Khớp các đăng đồng tốc

c) Khớp nối mềm

Đường tâm nối hộp số, trục các đăng và bộ vi sai càng thẳng thì độ rung và tiếng ồn sẽ càng ít

Do đó, ở một số xe chở khách kiểu FR mới nhất, người ta sử dụng trục cac đăng có góc bằng không Trục các đăng này cũng có các khớp nối mềm để đảm bảo ít độ rung và tiếng ồn

CHÚ Ý:

Khi tháo và lắp trục các đăng:

- Vì có bộ phận điều chỉnh chiều dài trục, đầu tiên cần phải nới lỏng đai ốc điều chỉnh trước khi tháo trục các đăng

- Không cần tháo các bulông (A) gài trong bích nối của trục các đăng

- Phải cẩn thận, không được tác động một lực quá mạnh vào các khớp nối mềm khi tháo trục cac đăng, và phải bảo đảm rằng hộp số, trục cac đăng và bộ vi sai luôn luôn thẳng khi tháo lắp trục các đăng

- Sau khi lắp, phải kiểm tra các góc của khớp nối

(c) Khớp nối có tốc độ không đổi

Các khớp nối có tốc độ không đổi truyền mômen quay êm dịu hơn, nhưng đắt tiền hơn

2.3 Gối đỡ trung gian

Hình 11 – Kết cấu gối đỡ trung gian

3 Đặc điểm kết cấu của một số loại truyền động các đăng

B – TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ

III CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT

IV TÍNH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TRUYỀN ĐỘNG CÁC ĐĂNG

1 Cơ cấu các đăng đơn

Khi cần truyền chuyển động từ trục 1 (chủ động) sang trục 2 (bị động) với góc lệch giữa hai trục là  > 00 bắt buộc phải sử dụng cơ cấu các đăng

Trên hình 13 là cơ cấu các đăng đơn khác tốc Khi các trục quay thì chốt chữ thập sẽ quay lúc lắc trong giới hạn góc  Bởi vậy sẽ sinh ra sự quay không đều của trục 2 khi trục 1 quay đều Ở giáo trình nguyên lý máy đã chứng minh mối quan hệ giữa và :

Trong đó: 1 và 2 là các góc quay của trục chủ động 1 và trục bị động 2

Theo (5.1), nếu biết giá trị góc thì ứng với một giá trị ta có một giá trị tương ứng

Hình 13 - Cơ cấu các đăng đơn

Ở hình (14) cho thấy sự thay đổi hiệu số góc ( - ) sau nửa vòng quay của trục 1 Ba đường cong ứng với các góc =10o,  =20o,  =30o

Từ đồ thị biến thiên của hiệu ( - ) ta thấy sau một vòng quay của trục 1 sẽ có hai lần trục 2 vượt nhanh hơn trục 1 và hai lần chậm hơn trục 1 Nếu trục 1 quay đều thì vận tốc góc là hằng số







= cos (2) Chia hai vế (2) cho dt và lưu ý:

Chúng ta có:

= (3) Từ (1) chúng ta thấy có thể thay thế cos2 2 bằng biểu thức có 1 và  Bình phương 2 vế biểu thức (1) và qua biến đổi lượng giác ta có:

cos 2 = (4) Kết hợp biểu thức (4) với (3) ta sẽ có mối quan hệ giữa 1 và 2:

=

1 2 2 1

Vì  const cho nên  const, trong khi đó 1 = const, bởi vậy suy

ra 2  const Như vậy cơ cấu các đăng đơn này không đảm bảo được sự đồng tốc giữa trục 1 và trục

2, nên được gọi là cơ cấu các đăng đơn khác tốc

Giá trị lớn nhất của tỷ số đặc trưng cho sự quay không đều của trục 2 sẽ ứng với giá trị nhỏ nhất của mẫu số khi = 00, 1800, 3600… (k) Lúc đó ta có:

( ) max = (6)

Giá trị nhỏ nhất của ứng với các giá trị:

=900, 2700, … (2k+1) , lúc đó ta có:

( ) min = cos (7) Từ (5) chúng ta lập được biểu thức (8) sau đây:

Quan hệ của tỷ số đối với góc quay ứng với =100, =200, =300 được trình bày

ở hình (15)

1 2 1cos

d 1

2

 dt

cos cos

2 2

cos tg

1 2

1 2 2

1 2

1

2 1

cos cos

sin

cos cos

cos sin

Hình 15 - Đồ thị biến thiên của 2

2 Cơ cấu các đăng kép

Hình 16 - Cơ cấu các đăng kép

Xét trường hợp chúng ta cần truyền chuyển động từ trục 1 đến trục 2 thông qua trục 3 và góc lệch giữa các trục > 0 và 2> 0 Các trục được nối với nhau bởi hai khớp các đăng đơn khác tốc

K1 và K2 Trục 1 có góc quay 1 và vận tốc góc 1 Trục 2 có góc quay 2 và vận tốc góc 2 Trục 3 có góc quay 3 và vận tốc góc 3

Giả thiết khi bắt đầu chuyển động, nạng chủ động (nối với trục 1) nằm trong mặt phẳng thẳng đứng, nếu chúng ta áp dụng trực tiếp công thức (1) cho góc quay 1 và 3:

tg1 = tg3.cos (9) Nếu khi bắt đầu chuyển động, cả hai nạng các đăng của trục 3 cùng nằm trong một mặt phẳng nằm ngang thì ta không thể áp dụng công thức (1) để tìm mối quan hệ giữa 3 và 2, vì công thức này chứng minh cho nạng chủ động nằm trong mặt phẳng thẳng đứng

Muốn áp dụng (1) vào khớp các đăng K2, ta phải giả thiết cả hệ thống đã quay đi một góc và lúc đó chúng ta có:

tg(3 + ) = tg(2 + ).cosQua biến đổi trở thành:

tg1 = tg2 (11) Từ biểu thức (11) ta thấy ngay:

Nếu = thì 1=2, tức là 1 =2 Trường hợp này được gọi là cơ cấu các đăng kép đồng tốc

Nếu thì 1 2, tức là 1 2 Trường hợp này được gọi là cơ cấu các đăng kép khác tốc

Trường hợp thứ nhất là một trong các biện pháp để giải quyết vấn đề đồng tốc ở truyền động các đăng

Hiện nay ở trên xe có 2 cách bố trí cơ cấu các đăng kép đảm bảo điều kiện đồng tốc =(hình 17a và 17b)

Hình 17 – Cách bố trí cơ cấu các đăng kép

Phương án a: Trục 1 và trục 3 song song với nhau

Phương án b: Trục 1 và trục 3 giao nhau

Phương án nào làm cho góc lệch (2) giảm là cách bố trí tốt Vì khi  nhỏ thì sự quay không đều của trục các đăng trung gian 2 sẽ giảm, do đó tải trọng tác dụng lên trục giảm, điều đó cho phép tăng tuổi thọ của các trục các đăng

3 Khớp các đăng kép đồng tốc

Hình 18 - Khớp các đăng kép đồng tốc

2

1cos

Trên hình 18 là sơ đồ khớp các đăng kép đồng tốc dựa trên nguyên lý đồng tốc ở (hình 17) Để có được khớp các đăng kép đồng tốc người ta đã rút ngắn trục 2 thành đoạn AB và tổng hợp hai nạng các đăng của trục 2 thành một nạng các đăng kép Ngoài ra phải thêm một cơ cấu chỉnh tâm để bảo đảm điều kiện 1 = 2

3.1 Khớp các đăng đồng tốc loại bi

3.1.1 Động học khớp các đăng đồng tốc loại bi:

Khớp các đăng nối giữa hai trục và luôn đảm bảo 1 = 2 được gọi là khớp các đăng đồng tốc Loại này thường dùng ở các xe có cầu trước vừa là cầu dẫn hướng vừa là cầu chủ động

Nguyên tắc cơ bản của nó là điểm truyền lực luôn luôn nằm trên mặt phẳng phân giác của góc giao nhau giữa hai trục

Trên hình 19 là sơ đồ động học khớp các đăng loại bi

Hình 19 - Sơ đồ động học khớp các đăng loại bi

Hai trục các đăng thực tế được thể hiện bởi trục 1 và 5, thông qua cơ cấu các nạng và các viên

bi chúng tiếp xúc với nhau tại P (tâm viên bi) Khi trục 1 quay một góc 1 thì trục 5 quay một góc 2, lúc đó điểm P sẽ chuyển đến vị trí mới là P1 Điểm cuối của trục 1 là A sẽ kết nối với nạng các đăng Điểm bắt đầu của trục 5 là C sẽ kết nối với nạng các đăng Khi tính toán ta đặt: AP1 = x, CP1