Đồ án môn học tính toán, thiết kế cầu chủ động

Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên. Lời nói đầu Trong giai đoạn hiện nay nghành giao thông vận tải là một lĩnh vực hết sức quan trọng trong nền kinh tế và cuộc sống của chúng ta. Nó không những thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ các nghành khác phát triển mà nó còn là phương tiện chính để liên kết các vùng miền trên thế giới và trong nước lại với nhau. Trong thời gian học tập tại trường em được các thầy các cô trực tiếp hướng dẫn tìm hiểu về cấu tạo, những sự cải tiến không ngừng cũng như các hư hỏng của ôtô thường gặp phải. Để có điều kiện hiểu hơn về cấu tạo cũng như những nguyên lý làm việc thực thế của ôtô. Trong thời gian vừa qua được sự chỉ đạo của các thầy cô trong khoa cơ khí động lực và trực tiếp là thầy hướng dẫn. Em đã được giao đề tài thiết kế và tính toán cầu chủ động loại đơn trên xe ô tô tải . Được sự hướng dẫn tận tình của thầy ….và sự cố gắng của bản thân. Nay đề tài của em đã hoàn thành nhưng do những hạn chế nhất định nên không thể tránh được thiếu sót. Vậy em kính mong sự chỉ bảo của thầy cô để đề tài này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô đã giúp em hoàn thành đề tài này. Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Ngày tháng năm 2011 Sinh viên thực hiện. Vũ Văn Sỹ Đồ án môn học Tính toán, thiết kế cầu chủ động 1 1 Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………… ……………… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Đồ án môn học Tính toán, thiết kế cầu chủ động 2 2 Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên. PHẦN I: MÔ TẢ KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CẦU CHỦ ĐỘNG 1.1 Cầu chủ động. 1.1.1. Công dụng. - Đỡ toàn bộ trọng lượng của các bộ phận đặt trên ôtô. - Biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của ôtô nhờ các bộ phận đặt trên cầu chủ động. - Thay đổi tỷ số truyền nhằm mục đích tăng mômen xoắn qua cơ cấu phân chia truyền tới bánh xe chu động nào đó (thường 90 0 ) đối với trục dọc của bánh xe. 1.1.2. Yêu cầu. - Phải có tỷ số truyền đủ lớn, kích thước trọng lượng nhỏ gọn đảm bảo khoảng sáng gầm xe, qua đó đảm bảo tính năng thông qua của xe. - Phải có hiệu suất truyền lực lớn, làm việc êm dịu và có độ bền lâu. 1.1.3. Phân loại. Theo kết cấu cấu và vị trí đặt của cầu chủ động mà chia ra: - Cầu chủ động trước. - Cầu chủ động sau. Theo số lượng cặp bánh truyền lực chính: - Một cặp bánh răng có tỷ số truyền cố định. - Hai cặp bánh răng có tỷ số truyền cố định. 1.2. Truyền lực chính. 1.2.1. Những yêu cầu cơ bản và phân loại. Truyền lực chính (TLC) là cơ cấu biến đổi mômen trong HTTL và nằm giữa các bánh xe chủ động của ôtô. Đảm bảo đặc tính động lực học và tính kinh tế nhiên liệu tối ưu cho ôtô với các tỷ số truyền đã chọn. - Có hiệu suất cao, làm việc êm dịu và không ồn. - Đảm bảo khoảng sáng gầm xe đủ lớn. - Đảm bảo độ cứng vững của vỏ, của ổ và của trục. Theo số lượng bánh răng TLC Có 2 dạng: truyền lực đơn (một cặp bánh răng) và truyền lực kép (2 cặp bánh răng). Trong truyền lực đơn phân loại theo dạng bánh răng: - TLC bánh răng côn. - TLC dạng hypoit. - TLC bánh răng trụ. Đồ án môn học Tính toán, thiết kế cầu chủ động 3 3 Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên. - TLC dạng trục vít. 1.3. Vi sai. 1.3.1. Công dụng. Bộ vi sai có nhiệm vụ làm cho các bánh xe chủ động có quay với các vận tốc khác nhau trong các trường hợp ôtô quay vòng hoặc ôtô chuyển động trên đường gồ ghề không bằng phẳng. 1.3.2. Yêu cầu của cụm vi sai. - Phân phối mômen xoắn giữa các bánh xe hay giữa các trục theo tỷ lệ đảm bảo sử dụng trọng lượng bám tối đa ở các bánh xe. - Kích thước vi sai phải nhỏ gọn. - Hiệu suất truyền động cao. 1.3.3. Phân loại. Theo công dụng chia ra: - Vi sai giữa các bánh xe. - Vi sai giữa các cầu. - Vi sai giữa các truyền lực cạnh. Theo kết cấu chia ra: - Vi sai dạng bánh răng nón. - Vi sai dạng bánh răng trụ. - Vi sai tăng ma sát. Theo đặc tính phân phối mômen xoắn: - Vi sai đối xứng. - Vi sai không đối xứng. 1.4. Bán trục. 1.4.1. Công dụng. Các bán trục dùng để truyền mômen xoắn từ bộ vi sai đến các bánh xe chủ động. Trên các loại bán trục không được giảm tải hoàn toàn còn được dùng để tiếp nhận các lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động . 1.4.2. Yêu cầu. - Phải chịu được mômen lớn trong khoảng thời gian lâu dài. - Bán trục phải có cân bằng động tốt. - Đối với bán trục cầu dẫn hướng chủ động phải đảm bảo tính đồng tốc cho các đoạn trục của bán trục. - Đảm bảo độ chính xác về hình dáng hình học và kích thước. Đồ án môn học Tính toán, thiết kế cầu chủ động 4 4 Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên. 1.4.3. Phân loại. Đối với ôtô theo kết cấu các ổ tựa chia ra: - Bán trục chịu tải hoàn toàn, ổ tựa đặt bên trong và bên ngoài đặt trực tiếp lên nửa trục. - Bán trục giảm tải 1/2: ổ trục bên trong đặt trên vỏ vi sai còn ở bên ngoài đặt trực tiếp lên nửa trục. - Bán trục giảm tải 3/4: ổ tựa ở bên trong đặt lên vỏ vi sai còn ổ tựa bên ngoài đặt trên dầm cầu và moayơ ở bánh xe không đặt trực tiếp lên trục. - Bán trục giảm tải hoàn toàn: ổ tựa ở bên trong đặt trên vỏ bộ vi sai còn ổ tựa bên ngoài gồm 2 ổ bi đặt trên dầm cầu và moayơ ở bánh xe không đặt trực tiếp lên trục. 1.4. Vỏ cầu. 1.4.1. Công dụng của vỏ cầu. - Đỡ toàn bộ phần được treo tác dụng lên cầu. - Bao kín và bảo vệ cho bộ truyền lực chính, vi sai và các bán trục để nó có thể hoạt động tốt và lâu dài. - Tiếp nhận và truyền các lực từ trên khung xe xuống và các lực từ mặt đường lên. 1.4.2. Yêu cầu đối với vỏ cầu. - Vỏ cầu phải đủ cứng vững để chịu được trọng lượng của xe. - Phải đảm bảo độ kín để bảo vệ các kết cấu bên trong. - Có kích thước và khối lượng nhỏ gọn để giảm tải trọng xe và tăng khoảng sáng gầm xe. Đồ án môn học Tính toán, thiết kế cầu chủ động 5 5 Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên. PHẦN 2: THIẾT KẾ CẦU CHỦ ĐỘNG TRÊN ÔTÔ 2.1. Những số liệu ban đầu. 2.1.1. Nhiệm vụ đồ án thiết kế cầu chủ động. Đồ án môn học thiết kế cầu chủ động ôtô thực hiện: thiết kế và tính toán cầu chủ động xe khách 29 chỗ ngồi. Cầu chủ động bao gồm: truyền lực chính; vi sai; bán trục; dầm cầu. Trong phần này thiết kế và tính toán truyền lự chính; vi sai; bán trục; dầm cầu. 2.1.2. Các thông số cho trước Các thông số cho trước khi thiết kế, tính toán cầu chủ động gồm: - Trọng lượng toàn bộ của ôtô : G= 8550(kg) - Trọng lượng phân bố lên cầu chủ động : G 2 = 5130 (kg) - Mômen cực đại của động cơ : 310 max = e M (Nm) với n emax =1800 - 2000(v/p) - Tỷ số truyền của cụm hệ thống truyền lực: + Tỷ số truyền của truyền lực chính : i 0 = 7,46 + Tỷ số truyền của hộp số cơ khí : i 1 = 7,1 i 2 = 4,4; i 3 = 2,49; . i 5 = 1,0 - Hệ số bám của đường : φ max = 0,8 - Kích thước lốp (B-d) : 11 – 20 2 2. Thiết kế tính toán truyền lực chính. 2.2.1. Xác định các thông số cơ bản của truyền lực chính. a) Chọn tải trọng tính toán. Đối với ôtô có công thức bánh xe 4x2 tải trọng tính toán xác định theo mômen cực đại của động cơ khi xe chuyển động ở số truyền 1: )(22011,7.310. 1 max NmiMM hett ≈== Nhưng giá trị mômen M tt này còn bị hạn chế bởi mômen bám: 0 2max 1max . . ii rG MiM c bx tthe ϕ ϕ ≤≤ Với: 2 ϕ G - trọng lượng phân lên cầu chủ động. r bx – bán kính tính toán của bánh xe. i c - tỷ số truyền lực cạnh. i 0 - tỷ số truyền lực chính. Đồ án môn học Tính toán, thiết kế cầu chủ động 6 6 Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên. max ϕ - hệ số bám. ( ) )(4,2934 46,7 10.4,25.20.5,011.5130.8,0 1344 3 NmM tt = + ≤≤⇒ − Từ điều kiện kéo và điều kiện bám ta chọn mômen xoắn tính toán là 2201 = tt M (Nm) b) Chọn các thông số kích thước cơ bản của bộ truyền lực chính : Chọn môđun mặt mút lớn m s =11(Theo hình 3.5 :Quan hệ giữa 0 L ,m s Với mômen tính toán tt M _ HD TKTT OTO-MAY KEO) - Chọn số răng của truyền lực chính: Theo bảng (3.5) ta chọn số răng của TLC là: Z 1 =6; Z 2 =44 Với: Z 1 - là số răng của bánh răng quả dứa. Z 2 - số răng của bánh răng mặt trời. Chọn hệ số dịch chỉnh răng ( ξ ) và góc ăn khớp ( α ). Theo bảng (3.2) chọn: o 20 535,0 1 = = α ξ - Chọn góc nghiêng trung bình đường xoắn răng ( β ) Theo bảng (3.5) chọn: 0 0 7,3846.7525525 =+=+= i β -Chọn )(6,101 90,46cos 6.11 cos . 0 1 1 1 mm Zm d s e === β Chọn chiều xoắn của bánh răng côn chủ động ngược với chiều quay của bánh răng để đảm bảo lực dọc trục tác dụng lên bánh răng chủ động hướng từ đáy nhỏ lên đáy lớn khi xe chạy tiến ( tránh kẹt răng) Nhìn từ đầu máy khi xe chạy tiến thì bánh răng chủ động quay phải ( thuận chiều kim đồng hồ ) nên ta chọn chiều xoắn của bánh răng nón chủ động là chiều trái như hình 2.1 : Đồ án môn học Tính toán, thiết kế cầu chủ động 7 7 Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên. Hình 2.1 : Chiều xoắn của bánh răng chủ động -Tính chiều dài đường sinh )(244446.11.5,0 5,0 222 2 2 1 mmZZmL se ≈+=+= - Chiều dài răng: )(2,73255.3,0.3,0 mmLb e === - Chiều dài đường sinh trung bình: )(4,2072,73.5,0244.5,0 mmbLL em =−=−= - Môđun pháp tuyến trung bình: β cos)./.( emsn LLmm = )(29,7s38,7).244/4,207.(11 0 mmcom n ==⇒ - Đường kính vòng tròn chia đáy lớn bánh bị động truyền lực chính Hipôit: ))(5,2654,23(1.2201).06,281,1(.).06,281,1( 3 3 2 cmiMd ctte ÷=÷=÷= Chọn : )(25 2 cmd e = Trong đó 2201 = tt M (Nm) 1 = c i là tỷ số truyền của truyền lực cạnh -Độ dịch trục E của bánh răng nhỏ : )(125,325.125,0.125,0 2 cmdE e ==≤ . Chọn E=2(cm) = 30 (mm) -Chiều rộng bánh răng lớn chọn )(46),(40 12 mmbmmb == - Góc nghiêng trung bình đường xoắn răng bánh chủ động bộ : 0 201 5,4925/3.9046,7.525/.90.525 =++=++≈ e dEi β Đồ án môn học Tính toán, thiết kế cầu chủ động 8 8 Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên. - Ta có hệ số tăng đường kính bánh răng chủ động: )4,13,1( cos cos 1 2 ÷== β β K Chọn K=1,3 0 2 0 2 4,32844,05,49cos.3,1cos =⇒==⇒ ββ Góc côn chia : Góc côn chia bánh nhỏ 0 1 02 1 1 6,7 ) 46.7 1 () 1 ()( = === δ δ arctg i arctg Z Z arctg Góc côn chia bánh lớn 000 1 0 2 4,826,79090 =−=−= δδ Đường kính vòng chia : -Với bánh côn nhỏ )(35,67 5,49cos 6.29,7 cos . 0 1 1 1 mm Zm d n === β -Với bánh côn lớn )(89,379 4,32cos 46.29,7 cos . 0 2 2 2 mm Zm d n === β Đường kính vòng chia đáy lớn : -Với bánh nhỏ : )(6,101 50,49cos 6.11 cos . 0 1 1 1 mm Zm d s e === β -Với bánh lớn : )(24,573 4,32cos 44.11 cos . 0 2 2 2 mm Zm d s e ≈== β 6,5 6,101 24,573 1 2 == e e d d vì có hệ số tăng đường kính của bánh răng chủ động k d d Z Z i e e . 1 2 1 2 0 == -Chiều cao đầu răng mặt đáy lớn : )(88,1611).535,01().( * 1 mmmhh saa =+=+= ξ )(11,511).535,01().( * 2 mmmhh saa =−=−= ξ Đồ án môn học Tính toán, thiết kế cầu chủ động 9 9 Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên. -Chiều cao chân răng mặt mút lớn : )(865,711).535,025,01().( ** 1 mmmchh saf =−+=−+= ξ )(635,1911).535,025,01().( 2 mmmchh saf =++=++= •• ξ -Trong đó * a h =1 * c =0,25 ξ =0,535 -Góc chân răng 0 1 1 85,1) 244 865,7 ()( === arctg L h arctg e f f θ 0 2 2 6,4) 244 635,19 ()( === arctg L h arctg e f f θ -Góc đỉnh răng : 0 21 4,4 == fa θθ 0 12 8,1 == fa θθ Bảng 2.1 .Thông số bộ truyền lực chính Hipôit Bánh răng Thông số Chủ động Bị động Chiều dài đường sinh )(244 mmL e = )(244 mmL e = Chiều dài đường sinh trung bình )(4,207 mmL m = )(4,207 mmL m = Góc ăn khớp tb α 0 20= tb α 0 20= tb α Hệ số dịch chỉnh 535,0 1 = ξ 535,0 1 = ξ Góc nghiêng trung bình đường xoắn răng 0 1 5,49 = β 0 2 4,32 = β Đồ án môn học Tính toán, thiết kế cầu chủ động 10 10