Tính toán thiết kế bộ ly hợp cho xe tải 20 tấn

cơ khí chế tạo máy, cơ khí động lực, ô tô máy kéo, Bản vẽ mặt cắt dọc, mô men ma sát, CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM KỸ THUẬT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN MÔN HỌC ÔTÔ II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ LY HỢP CHO XE TẢI 20 TẤN Giáo viên hướng dẫn : DƯƠNG XUÂN MỸ Sinh Viên Thực Hiện : LÊ ĐỨC THUẬN Lớp : ĐHCN Ô TÔ A-K4 SVTH: LÊ ĐỨC THUẬN GVHD:DƯƠNG XUÂN MỸ 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế thế giới, nền kinh tế việt nam cũng từng bước phát triển trên con đường CÔNG NGHIỆP HÓA – HIỆN ĐẠI HÓA. Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ. Trong đó phải nói đến nghành động lực nói chung và sản xuất ô tô nói riêng, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ô tô nổi tiếng trên thế giới như Nissan,Honda, Toyota…cùng sản xuất và lắp ráp ô tô. Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu, thiết kế tính toán đó là yêu cầu cấp thiết. Có như vậy ngành sản xuất ô tô của ta mới có thương hiệu riêng cho mình trên thị trường quốc tế. Sau khi học xong môn học ÔTÔ 2, chúng em được tổ bộ môn giao làm nhiệm vụ bài làm đồ án môn học. Trong quá trình tính toán để hoàn thành bài tậ lớn môn học chuyên nghành này, bước đầu chúng em đã gặp không ít khó khăn bỡ ngỡ nhưng cùng với sự nỗ lực của các bạn trong nhóm, và sự hướng dẫn hết sức tận tình của thầy giáo Dương Xuân Mỹ, giờ đây sau một thời gian làm việc hăng say, nghiêm túc chúng em đã hoàn thành xong bài tập lớn môn hoc Tính toán thiết kế ôtô. Tuy nhiên do là lần đầu tiên chúng em vận dụng lý thuyết đã học, vào tính toán và thiết kế ôtô cụ thể theo thông số cho trước, nên gặp rất nhiều khó khăn và không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy chúng em rất mong sự quan tâm, sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy để bản thân chúng em ngày càng được hoàn thiện hơn nữa về kiến thức chuyên môn và khả năng tự nghiên cứu của mình. Qua Đồ án môn học này bản thân em đã có ý thức hơn cho nghề nghiệp của mình, đã dần hình thành cho mình phương pháp học tập và nghiên cứu mới. Cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy Dương Xuân Mỹ đã giúp em sớm hoàn thành tốt đồ án môn hoc này. Rất mong được sự giúp đỡ nhiều hơn nữa của thầy và các thầy giáo trong khoa. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Lê Đức Thuận SVTH: LÊ ĐỨC THUẬN GVHD:DƯƠNG XUÂN MỸ 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN Giáo viên hướng dẫn: Dương Xuân Mỹ Kết quả đánh giá : . Giáo viên chấm: . Kết quả đánh giá : . SVTH: LÊ ĐỨC THUẬN GVHD:DƯƠNG XUÂN MỸ 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN MÔN HỌC ÔTÔ II Tên đề tài : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ LY HỢP CHO XE TẢI 20 TẤN A. Số liệu cho trước - Xe tải tự đổ 20 tấn - Trọng lượng xe không tải 11 tấn - Ma sát khô một đĩa , cơ cấu ép là lò xo hình trụ - Tốc độ tối đa : 92Km/h - Mô men xoắn lớn nhất 1275N.m - Xe tham khảo KAMAZ KD B. Phần thiết kế và tính toán 1. Xác định mô men ma sát của ly hợp, xác định hệ số dự trữ mô men 2. Xác định kích thước cơ bản của ly hợp 3. Tính công trượt riêng - Tính công trượt của ly hợp khi khởi động ô tô máy kéo - Xác định công trượt riêng - Kiểm tra nhiệt độ các chi tiết 4. Tính toán động học và động lực học của hệ thống dẫn động 5. Tính sức bền của một số chi tiết 6. Nhận xét và kết luận C. Phần đồ thị và bản vẽ 1. Bản vẽ mặt cắt dọc và ngang của ly hợp 2. Bản vẽ chế tạo một chi tiết điển hình SVTH: LÊ ĐỨC THUẬN GVHD:DƯƠNG XUÂN MỸ 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NỘI DUNG TÍNH TOÁN I. Tính toán các thông số cơ bản của ôtô: I.1. Trọng lượng toàn bộ của ôtô: Trọng lượng toàn bộ ô tô được xác định theo công thức sau: G = G a =2660(kg) (1-1) I.2. Bán kính làm việc của bánh xe chủ động: Bán kính làm việc của bánh xe được xác định theo công thức sau: r bx = 4,25). 2 ( d B + (mm) (1-2) Trong đó : B : Chiều rộng lốp d : Đường kính vành Theo đề : Kí hiệu của bánh xe 8,4-15 Ở đây : B = 8,4 (inh) = 213,36 (mm) d = 15 (inh) = 381 (mm) Thay số vào (1-2) ta được : r bx = 4,25). 2 ( d B + = 8,4034,25). 2 15 4,8( =+ (mm) I.3. Tỷ số truyền của truyền lực chính i o : ta có i o =5,14 II .Xác định mô men ma sát của ly hợp: Ly hợp phải có khả năng truyền hết mômen xoắn lớn nhất của của động cơ . Để đảm bảo yêu cầu truyền hết mô men xoắn lớn nhất của động cơ trong mọi điều kiện thì ta phải có : M ms =M emax .β (1-3) mstbmaxems Z.R.P.M.M µ=β= [N.m] Trong đó : - M ms : mômen ma sát cần thiết của ly hợp . [N.m] - M emax :mômen xoắn lớn nhất của động cơ . [N.m].Theo đề M emax =1275 [N.m] = 1275 x 9,81 = 12,51 KN/m - β : hệ số dự trữ của ly hợp . Hệ số dự trữ ly hợp β phải đủ lớn ( β > 1) để đảm bảo ly hợp truyền hết mômen xoắn động cơ trong mọi điều kiện làm việc của nó (khi các bề mặt ma sát bị dầu mỡ rơi vào, khi các lo SVTH: LÊ ĐỨC THUẬN GVHD:DƯƠNG XUÂN MỸ 5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC xo ép bị giảm tính đàn hồi ,khi các tấm ma sát bị mòn ,…) .Mặt khác hệ số β cũng không được lớn quá vì như thế ly hợp không làm tốt chức năng bảo vệ an toàn cho hệ thống truyền lực khi quá tải . Hệ số β được chọn theo thực nghiệm : Đối với ôtô tải: β = 1,65 ÷ 2,25. Chọn β =1,95 Thay số vào ta có : M ms =M emax .β =166,7.1,95 =325,06 [N.m] III . Xác định các kích thước cơ bản của ly hợp : III.1. Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động : Bán kính ngoài của tấm ma sát ly hợp được xác định : R 2 = ( ) 3 max 1 .2 .3 Rms e KpZ M − πµ β (1-4) Trong đó : µ : Thường ở ôtô máy kéo hay dùng các bề mặt ma sát thép với phêrađô đồng có hệ số ma sát khô lớn nhất là 0,35; nhưng tính đến những điều kiện nhiệt độ, tốc độ trượt tương đối làm giảm hệ số đó đi, cho nên hệ số ma sát khi tính toán theo kinh nghiệm là:. µ = 0,22 ÷ 0,3. Ta chọn 25,0 = µ Z mz : Số đôi bề mặt ma sát ưu tiên chọn một đĩa bị động nên chọn Z mz =2 P : Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát .Để đảm bảo tuổi thọ cho các tấm ma sát giá trị p cho phép là [p] =1,4.10 5 ÷2,5.10 5 [N/m 2 ].Vì ly hợp làm việc trong điều kiện nhẹ nên có thể chộn áp suất theo giới hạn trên: p=1,76.10 5 [N/m 2 ] K R : Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát , K R = 2 1 R R =0,53÷0,75 .Chọn K R =0,66 Thay vào (1-2) ta có : R 2 = ( ) ( ) 19,0 66,01.10.76,1.14,3.25,0.2.2 06,325.3 1 .2 .3 3 35 3 3 max = − = − Rms e KpZ M πµ β (m) R 2 =190(mm). Suy ra bán kính trong R 1 của tấm ma sát là : R 1 =R 2 .0,6=190.0,66=125,4 (mm) SVTH: LÊ ĐỨC THUẬN GVHD:DƯƠNG XUÂN MỸ 6 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  Khi chọn số đôi bề mặt ma sát bằng 2 thì phải kiểm tra áp suất trên bề mặt ma sát bằng công thức sau : [ ] q ibR M q tb e ≤= 2 . 2 max µπ β Trong đó : M emax :Mômen cực đại của động cơ .M emax =166,7[N.m] β : Hệ số dự trữ của ly hợp .β=1,66 R tb :Bán kính trung bình của tấm masát .R tb =0,159[m] b : Bề rộng của hình vành khăn tấm masát.b=190-125,4=64,6[mm] µ: hệ số masát .Vật liệu tấm masát là pherado đồng có µ=0,25 [q]=250 KN/m 2 .áp lực riêng cho phép trên tấm bề mặt ma sát i:Số đôi bề mặt ma sát.i=2(Một đĩa bị động) Thay vào công thức ta có: == 2.10.25,0.0646,0.159,0.14,3.2 7,166.95,1 32 q 171,05 [KN/m 2 ] q<[q] nên với một đĩa ma sát thì ly hợp vẫn đảm bảo bền khi làm việc III.2. Diện tích và bán kính trung bình của hình vành khăn tấm ma sát: Diện tích hình vành khăn tấm ma sát S[m 2 ] được xác định theo công thức : S=π.(R 2 2 –R 1 2 )=3,14.(0,19 2 -0,125 2 )=0,06 [m 2 ] Bán kính trung bình của hình vành khăn tấm ma sát : R tb = 159,0 125,019,0 15,019,0 . 3 2 3 2 22 33 2 1 2 2 3 1 3 2 = − − = − − RR RR [m] III.3. Lực ép của cơ cấu ép : Sau khi đã xác định được các thông số kích thước của vành ma sát ,ta dễ dàng tính được lực ép cần thiết của cơ cấu ép phải tạo ra mà theo đó đảm bảo được áp suất làm việc đã chọn và thoả mãn mômen ma sát yêu cầu : F = mstb e ZR M . max µ β (1-5) F= 4089 2.159,0.25,0 7,166.95,1 = [N] IV. Tính công trượt riêng của ly hợp : SVTH: LÊ ĐỨC THUẬN GVHD:DƯƠNG XUÂN MỸ 7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Việc xác định kích thước của bề mặt ma sát theo diều kiện áp suất làm việc không vượt quá giá trị cho phép như trên chưa đủ để đánh giá khả năng chống mòn của ly hợp .Khi các ly hợp khác nhau có cùng áp suất làm việc nhưng với ôtô máy kéo khác nhau có trọng lượng khác nhau thì thì sự hao mòn của ly hợp cũng khác nhau. Quá trình đóng êm dịu ly hợp bao giờ cũng kèm theo sự trượt của ky hợp giữa các đôi bề mặt ma sát. Sự trượt của ly hợp làm cho các đôi bè mặt ma sát mòn đồng thời sinh nhiệt làm nóng các chi tiết tiếp xúc với bề mặt trượt .Nếu cường độ trượt quá mạnh sẽ làm mòn nhanh các bề mặt ma sát và nhiệt sinh ra sẽ rất lớn ,có thể làm cháy cục bộ các tấm ma sát ,làm nung nong lò xo ép ,từ đó có thể làm giảm tính đàn hồi của lò xo. Vì vậy việc xác định công trượt ,công trượt riêng của ly hợp để hạn chế sự mòn ,khống chế nhiệt độ cực đại nhằm đảm bảo tuổi thọ cho ly hợp là hết sức cần thiết . IV.1. Mô men quán tính quy dẫn J a [kg.m.s 2 ]: Mô men quán tính khối lượng quy dẫn J a được xác định từ điều kiện cân bằng động năng khi ôtô đang chuyển động xác định theo công thức sau: J a = t oph bxma iii r g GG δ . . 1 2         + [kg.m.s 2 ] (1-6) Trong đó : G a : Trọng lượng toàn bộ của ôtô .G a =2660 [KG] G m : Trọng lượng toàn bộ của rơmóc. G m =0 g : Gia tốc trọng trường .g=9,81 [m/s 2 ] r bx :Bánh kính làm việc của bánh xe chủ động . r bx =0,4038 [m] i h1 : Tỷ số truyền của hộp số ở tay số 1 . Theo đề i h1 =4,124 i p : Tỷ số truyền của hộp số phụ . i p =1 i o :Tỷ số truyền của truyền lực chính .i o =5,14 t δ : Hệ số tính đến khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực .trong tính toán thiết kế lấy t δ =1,05÷1,06. Chọn t δ =1,05. Thay số vào (1-6) ta có : J a = ( ) t oph bxma iii r g GG δ . . 2 1 2         + [kg.m.s 2 ] J a = ( ) 103,005,1. 14,5.1.124,4 4038,0 . 81,9 2660 2 2 =       [kg.m.s 2 ] SVTH: LÊ ĐỨC THUẬN GVHD:DƯƠNG XUÂN MỸ 8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC IV.2. Mô men cản chuyển động quy dẫn M a [KG.m]: Mômen cản chuyển động của xe quy dẫn về trục ly hợp được tính theo công thức sau: M a = ( ) [ ] tt bx ma i r PGG η ψ ω . ++ [KG.m] (1-7) Trong đó : ψ : Hệ số cản tổng cộng của đường . ψ =f+tgα với f =0,02 là hệ số cản lăn ,α =0 0 là góc dốc của mặt đường . ψ =0,02+tg0 0 =0,02 ω P : Lực cản của không khí . Khi khởi hành xe thì ω P =0(vì tốc độ quá nhỏ). i t : Tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực(i t =i o .i h1 .i p ) t η : Hiệu suất của hệ thống truyền lực .Đối với ôtô con t η =0,9÷0,93.Chọn t η =0,93 Thay số vào công thức (1-7) ta có: M a = ( ) [ ] tt bx ma i r PGG η ψ ω . ++ = ( ) [ ] 1,1 93,0.14,5.1.124.4 4038,0 .002,0.02660 =++ [KG.m] IV.3. Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t 1 và t 2 ): Thời gian đóng ly hợp được chia làm hai giai đoạn : Thời gian đóng ly hợp ở giai đoạn đầu được xác định theo công thức: t 1 = k M a [s] (1-8) Thời gian đóng ly hợp ở giai đoạn hai ,được xác định theo công thức : t 2 = k A (1-9) Trong đó : -k :Hệ số tỷ lệ kể đến nhịp độ tăng mômen khi đóng ly hợp và được xác định theo công thức kinh nghiệm : Đối với xe tải k=15÷75[KG.m/s] Chọn k=30 [KGm/s] A : Là biểu thức rút gọn được tính theo công thức : ( ) ama JA ωω −= 2 (1-10) Với : ω m =2200[v/p] tốc độ góc ứng với mômen cực đại của động cơ SVTH: LÊ ĐỨC THUẬN GVHD:DƯƠNG XUÂN MỸ 9 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ω m =2200.3,14/30=230,26[rad/s] ω a =0 tốc độ góc của trục ly hợp tính toán cho lúc khởi hanh xe. Thay số vào công thức (1-10) ta có: ( ) ama JA ωω −= 2 = ( ) 88,6026,230.103,0.2 =− Thay số vào công thức (1-8) và (1-9) ta có: t 1 = k M a = 036,0 30 1,1 = [s] t 2 = k A = 25,1 30 88,6 = [s] IV.4. Tính công trượt tổng cộng : Công trượt tổng cộng của ly hợp được xác định theo công thức sau: ( ) ( ) 2 2 1 . 2 1 3 2 2 aeaaea Jt t ML ωωωω −+       +−= [KG.m] (1-9) Trong đó t 1 ,t 2 thời gian trượt của ly hợp trong hai giai đoạn dã được tính ở trên. Thay số vào (1-9) ta có: ( ) ( ) 14,2946026,230.103,0 2 1 25,1 3 2 2 036,0 .026,230.1,1 2 =−+       +−= L [KG.m] IV.5. Tính công trượt riêng cho ly hợp: Để đánh giá tuổi thọ của ly hợp theo điều kiện trượt ,người ta dùng chỉ tiêu công trượt riêng ;được xác định bằng công trượt trên một đơn vị diện tích làm việc của các bề mặt ma sát được xác định theo công thức sau: ( ) 2 1 2 2 RRz L L ms r − = π (1-10) Trong đó : L :Công trượt tổng cộng của ly hợp được xác đinh ở trên . z ms :Số đôi bề mặt ma sát .Ly hợp một đĩa bị động nên z ms =2 R 2 ,R 1 : Bán kính tương ứng vòng ngoài ,vòng trong của hình vành khăn bề mặt ma sát [cm]. Thay số vào công thức (1-10) ta có: ( ) 30,2 4,125190 2 14,2946 22 = − = π r L [KG.m/cm 2 ] SVTH: LÊ ĐỨC THUẬN GVHD:DƯƠNG XUÂN MỸ 10 . II Tên đề tài : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ LY HỢP CHO XE TẢI 20 TẤN A. Số liệu cho trước - Xe tải tự đổ 20 tấn - Trọng lượng xe không tải 11 tấn - Ma sát khô. THUẬT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN MÔN HỌC ÔTÔ II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ LY HỢP CHO XE TẢI 20 TẤN Giáo viên hướng dẫn : DƯƠNG XUÂN MỸ Sinh Viên Thực