Tính toán thiết kế các kích thước của hộp số

ỏn mụn hc Tt Huy DLK8-LC2 Nhận xét của giáo viên hớng dẫn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hng Yên, ngày 09 tháng 01 năm 2012 Giáo viên Đỗ Văn Cờng Tớnh toỏn thit k ụ tụ 1 ỏn mụn hc Tt Huy DLK8-LC2 Mục lục Trang Lời nói đầu 3 Phn I : Tng quan v hp s 4 1.1/Nhiệm vụ 4 1.2/Yêu cầu 4 1.3/Phân loại hộp số 4 1.4 /Phân tích chọn phơng án kết cấu hộp số: .5 1.5 Chọn sơ đồ động học hộp số 6 Phần II;Nội dung tính toán thiết kế các kích thớc của hộp số .8 2.1. Các thông số cơ bản của hộp số 8 2.2. Xác định các thông số cơ bản và tính toán bánh răng: 13 2.3. Xác định các thông số hình học cơ bản của bánh răng 21 Phần III Tính kiểm tra bền hộp số .26 3.1 Chế độ tải trọng để tính bền hộp số 26 3.2 Tính bền bánh răng .30 3.3 Tính toán trục hộp số 32 3.4 Phơng án dẫn động hộp số .38 Phần IV. Kết luận: 40 Tài liệu tham khảo: 42 Tớnh toỏn thit k ụ tụ 2 ỏn mụn hc Tt Huy DLK8-LC2 Lời nói đầu ! Trong quá trình phát triển nền kinh tế quốc dân và phục vụ đời sống xã hội, việc vận chuyển hàng hoá, hành khách có vai trò to lớn. Với việc vận chuyển bằng ô tô có khả năng đáp ứng tốt hơn về nhiều mặt so với các phơng tiện vận chuyển khác do đặc tính đơn giản, an toàn, cơ động. Trong các loại hình vận chuyển thì vận chuyển bằng ô tô là loại hình thích hợp nhất khi vận chuyển trên các loại đờng ngắn và trung bình. Ô tô có thể đến đợc nhiều vùng, nhiều khu vực địa điểm mà các phơng tiện vận chuyển khác khó có thể thực hiện đợc. Nó có thể đa đón khách tận nhà, giao hàng tận nơi, đa hàng đến tận chân công trình .mà giá cớc phù hợp với nhu cầu của nhân dân. Ngày nay do nhu cầu vận chuyển hàng hoá, hành khách tăng nhanh, mật độ vận chuyển lớn. Đồng thời cùng với sự mở rộng và phát triển đô thị ngày càng tăng nhanh thì vận chuyển bằng ô tô lại càng có u thế. ở các nớc công nghiệp phát triển, công nghiệp ô tô là ngành kinh tế mũi nhọn. Trong khi đó ở nớc ta ngành công nghiệp ô tô mới chỉ dừng lại ở mức khai thác, sử dụng, sửa chữa và bảo dữơng. Những năm 1985 trở về trớc các ô tô hoạt động ở Việt Nam đều là ô tô nhập ngoại với nhiều chủng loại do nhiều công ty ở các nớc sản xuất. Từ những năm đầu thập kỷ 90 chúng ta thực hiện việc liên doanh, liên kết với các công ty nớc ngoài. Nên ở Việt Nam hiện nay đã có 14 liên doanh đã và đang hoạt động nh: TOYOTA, MERCEDES - BENZ, DEAWOO, MITSUBISHI, NISSAN, FORD .Ngoài ra còn kể đến một số hãng trong nớc nh:Trờng Hải, MêKông, Vinasuki, Công ty ô tô 1-5 , Công ty ô tô 3-2 Tại những liên doanh này ô tô đợc lắp ráp trên các dây chuyền công nghệ hiện đại. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đã chuyển sang một giai đoạn mới. Để hoàn thành đợc bản Đồ án này ngoài sự nỗ lực của bản thân không thể không kể đến sự chỉ bảo tận tình của thầy cô giáo trong bộ môn và nhà trờng. Đặc biệt là sự hớng dẫn của thầy Đỗ Văn Cờng Em xin chân thành cảm ơn thầy hớng dẫn Đỗ Văn Cờng đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành thiết kế đề tài này. Xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Ôtô- Khoa cơ khí động lực đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập và thiết kế đề tài. Em xin kính chúc các thầy luôn mạnh khoẻ và có nhiều cống hiến hơn nữa trong sự nghiệp phát triển của ngành ô tô nói riêng và ngành giao thông vận tải nói chung của Việt Nam. Sinh viên : Tt Huy Tớnh toỏn thit k ụ tụ 3 ỏn mụn hc Tt Huy DLK8-LC2 Phần I:Tổng quan về hộp số 1. Nhiệm vụ -Hộp số dùng để thay đổi tỉ số truyền nhằm thay đổi mômen xoắn ở các bánh xe chủ động của ôtô, đồng thời thay đổi tốc độ chạy xe phù hợp với sức cản bên ngoài. -Thay đổi chiều chuyển động của ôtô(tiến và lùi). -Tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong khoảng thời gian tuỳ ý mà không cần tắt máy và mở li hợp. -Dẫn động lực học ra ngoài cho các bộ phận công tác của xe chuyên dùng 2.Yêu cầu của hộp số -Có đủ tỉ số truyền một cách hợp lý để nâng cao tính kinh tế , và tính động lực học của ôtô. -Hiệu suất truyền lực cao, khi làm việc không gây tiếng ồn, thay đổi số nhẹ nhàng không sinh lực va đập ở các bánh răng. -Kết cấu gọn gàng, chắc chắn, dễ điều khiển bảo dỡng và sửa chữa, giá thành hạ. 3.Phân loại hộp số 3.1 .Phân loại theo phơng pháp thay đổi tỉ số truyền +Loại hộp số có cấp Ngày nay trên ôtô dùng nhiều nhất là hộp số có cấp (loại này thay đổi tỉ số truyền bằng cách thay đổi sự ăn khớp giữa các cặp bánh răng), vì cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất truyền lực cao, giá thành rẻ. Trong loại hộp số có cấp ngời ta chia: +Theo tính chất trục truyền -Loại có trục tâm cố định việc thay đổi số bằng các con trợt thờng có loại hai trục tâm dọc hoặc ngang, loại ba trục tâm dọc. Tớnh toỏn thit k ụ tụ 4 ỏn mụn hc Tt Huy DLK8-LC2 -Loại có trục tâm di động(hộp số hành tinh). +Theo cấp số ta có:hộp số 3 cấp, 4 cấp, 5 cấp Nếu hộp số càng nhiều cấp tốc độ càng cho phép sử dụng hợp lý công suất của động cơ, trong điều kiện lực cản khác nhau do đó tăng đợc tính kinh tế của ôtô nhng thời gian thay đổi số dài, kết cấu phức tạp. +Loại hộp số vô cấp Hộp số vô cấp có u điểm là:có thể thay đổi tỉ số truyền liên tục trong một giố hạn nào đó, thay đổi tự động, liên tục phụ thuộcvào sức cản chuyển động của ôtô, nó rút ngắn đợc quãng đờng tăng tốc, tăng lớn nhất tốc độ trung bình của ôtô. -Hộp số vô cấp kiểu cơ học(ít sử dụng). -Hộp số vô cấp kiểu va đập(ít dùng). -Hộp số vô cấp kiểu ma sát(bánh ma sát hình côn). -Hộp số vô cấp dùng điện(dùng động cơ đốt trong kéo máy phát điện, cung cấp điện cho động cơ điện đặt ở bánh xe chủ động( hoặc có nguồn điện từ ắc quy). Ta thay đổi dòng điện kích thích của động cơ điện sẽ thay đổi tốc độ và mômen xoắn của động cơ điện và của bánh xe chủ động. -Hộp số vô cấp thuỷ lực: truyền mômen xoắn nhờ năng lợng dòng chất lỏng có thể là thuỷ động hoặc thuỷ tĩnh. Hộp số vô cấp thuỷ lực có kết cấu phức tạp giá thành cao, hiệu suất truyền lực thấp, thay đổi mômen xoắn trong giới hạn hẹp. Thông thờng ngời ta kết hợp với hộp số có cấp có trục tâm di động(kiểu hành tinh) với biến mômen thuỷ lực. 3.2 .Phân loại theo cơ cấu điều khiển -Loại điều khiển cỡng bức(thờng ở hộp số có cấp) . -Loại điều khiển bán tự động (thờng ở hộp số kết hợp) . -Loại điều khiển tự động (thờng ở hộp số vô cấp) . 4. Phân tích chọn phơng án kết cấu hộp số: Tớnh toỏn thit k ụ tụ 5 ỏn mụn hc Tt Huy DLK8-LC2 Bớc quan trọng khi thiết kế hộp số phải phân tích đặc điểm kết cấu của hộp số ôtô và chọn phơng án hợp lý. Việc phân tích này phải dựa trên các yêu cầu đảm bảo hộp số làm việc tốt chức năng: -Thay đổi mômen xoắn truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động. -Cho phép ôtô chạy lùi. -Tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi dừng xe mà động cơ vẫn làm việc Hộp số thiết kế phải đáp ứng đợc các yêu cầu: 1-Có tỷ số truyền hợp lý, đảm bảo chất lợng kéo cần thiết. 2-Không gây va đập đầu răng khi gài số, các bánh răng ăn khớp có tuổi thọ cao 3-Hiệu suất truyền lực cao 4-Kết cấu đơn giản, gọn, dễ chế tạo, điều khiển nhẹ nhàng, có độ bền và độ tin cậy cao Nhằm nâng cao tuổi thọ cho các bánh răng ăn khớp, trong hộp số cơ khí có cấp th- ờng bố trí bộ đồng tốc. Nhiệm vụ của bộ đồng tốc là cân bằng tốc độ góc của các chi tiết chủ động và bị động trớc khi chúng ăn khớp với nhau. Trên ôtô ngày nay đều sử dụng khá rộng rãi hộp số 2 trục và 3 trục.Hộp số 3 trục thờng bố trí trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng tâm. 5. Chọn sơ đồ động học của hộp số Sơ đồ của hộp số là loại 3 trục (hình 1): Sơ đồ trên là hộp số 3 trục có trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng tâm. Gồm 5 cấp (5 số tiến, 1 số lùi). Trong đó tay số 5 là tay số truyền thẳng. Số II, III, IV, V đợc gài bằng bộ đồng tốc. Số lùi (R) và số I đợc gài bằng khớp răng. Các bánh răng trên trục trung gian đợc chế tạo rời và lắp chặt trên trục trung gian. - Trong hộp số có một cặp bánh răng luôn ăn khớp để dẫn truyền mômen quay từ trục thứ nhất đến trục trung gian. Trục thứ nhất đợc chế tạo thành một khối với bánh răng chủ động của cặp bánh răng luôn ăn khớp và vành răng ngoài để gài số truyền thẳng (i=1). Trục thứ nhất đợc đỡ bằng hai ổ bi, một ổ đặt trong bánh đà và một ổ đặt ở vỏ hộp số, ổ bi này thờng chọn có đờng kính ngoài lớn hơn bánh răng chủ động để đảm bảo tháo lắp trục thứ nhất đợc dễ dàng. Tớnh toỏn thit k ụ tụ 6 ỏn mụn hc Tt Huy DLK8-LC2 - Trên trục trung gian đợc lắp cố định nhiều bánh răng để dẫn truyền mômen quay đến trục thứ hai, giá trị của mômen quay đợc thay đổi tuỳ theo cách gài các bánh răng lắp trợt và cùng quay trên trục thứ hai. Trục trung gian đợc đỡ trên hai ổ bi đặt ở vỏ hộp số. Thờng các bánh răng trên trục trung gian có hớng đờng nghiêng của răng cùng chiều để giảm lực chiều trục tác dụng lên trục. - Trục thứ hai đợc đỡ bằng hai ổ bi trong đó ổ bi kim đợc đặt ngay trong lỗ đầu trục thứ nhất, biện pháp này đảm bảo độ đồng tâm giữa hai trục và tiện lợi cho việc gài số truyền thẳng. ổ bi thứ hai đặt ở vỏ hộp số. Trong các xe thờng lắp hộp đo tốc độ ở đuôi trục thứ hai. - Xu hớng phát triển thiết kế hộp số là sử dụng bộ đồng tốc với mọi tay số và do đó tất cả các bánh răng luôn luôn ăn khớp và t hờng sử dụng bánh có răng nghiêng. Riêng cặp bánh răng gài số 1 và số lùi đợc chế tạo là bánh răng răng thẳng. Số5 Số 4 Số 3 Số 2 Số 1 Số lùi - Tớnh toỏn thit k ụ tụ 7 ỏn mụn hc Tt Huy DLK8-LC2 Phần II. Tính toán thiết kế các kích thớc của hộp số . Các thông số cơ bản của hộp số Mô men xoắn cực đại ban đầu của động cơ : M maxe =285 Nm Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực : i t =21,5 Khối lợng của ôtô khi đầy tải : G = 3500 kg Kích thớc lốp (B-d) : 215/75R16 Hiệu suất truyền lực : 92,0= t 2.1. Chọn các thông số cơ bản. Việc xác định các thông số cơ bản của hộp số bao gồm việc xác định số cấp, giá trị tỷ số truyền của hộp số nhằm bảo đảm yêu cầu về tính năng động lực cũng nh tính nhiên liệu của xe trong mọi điều kiện làm việc. 2.1.1. Chọn số cấp của hộp số. Đối với hộp số ôtô du lịch và ôtô khách : căn cứ vào đặc tính động lực của xe cũng nh sự bố trí hệ thống truyền lực mà ở đây em chọn hộp số có 5 cấp ba trục trong đó 5 số tiến một số lùi. Dới đây là sơ đồ động học của hộp số. Tớnh toỏn thit k ụ tụ 8 ỏn mụn hc Tt Huy DLK8-LC2 1. Trục sơ cấp 3. Trục số lùi 2. Trục trung gian 4. Trục thứ cấp Hình .1. Sơ đồ hộp số 5 cấp 2.1.2. Xác định tỷ số truyền của các tay số. *Để tính toán tỷ số truyền của các số trung gian trong hộp số có thể đợc lựa chọn theo một trong hai phơng pháp sau. - tính chọn tỷ số truyền của các số trung gian trong hộp số theo cấp số nhân. - tính chọn tỷ số truyền của các số trung gianổtong hộp số theo cấp số điều hoà. 2.1.2.1. Tính tỷ số truyền ở số 1 của hộp số. Ta cần xác định tỷ số truyền ở số 1 của hộp số sao cho lực kéo tiếp tuyến phát ra ở bánh xe chủ động của ôtô P k là lớn nhất để khắc phục đợc lực cản tổng cộng của mặt đờng lớn nhất . Từ điều kiện để ôtô có thể chuyển động đợc ta có: m pp j p i p f ppp ++ Và từ phơng trình cân bằng lực kéo của ôtô ta có: p j p i p f p k p + = Vì ở đây ta xét các thành phần lực cản của ôtô khi không kéo moóc và khi ôtô chuyển động ổn định tức là p m =0 và p j =0 Ta suy ra: p i p f p k p + = ppp k += Ta có: ppp k + maxmax pGp k + . maxmax Khi ôtô chuyển động ở số một thì tốc độ của chúng nhỏ do đó mà lực cản không khí p nhỏ nên bỏ qua. Tớnh toỏn thit k ụ tụ 9 ỏn mụn hc Tt Huy DLK8-LC2 Khi đó ta có : Gp k . maxmax G r iiiM b tphIe max 0max tpe b hI iiM Gr i 0max max Trong đó: max :Hệ số cản chuyển động lớn nhất max = 0,35 G: Khối lợng của ôtô khi đầy tải. Theo bài ta có G = 3500 (kg) Suy ra tải trọng thực của ôtô G = 3500.10 = 35000(N) r bx : bán kính làm việc của bánh xe Ta có : r bx =r 0 . r 0 . Là bán kính thiết kế của bánh xe Kích thớc lốp (B-d) : 215/75R16 Chiều rộng lốp B=215 (mm) Đờng kính vành bánh xe :d=16(in)=16.25,4=406,4(mm) H/B=75% )(364,0)(45,364 2 4,406 75,0.215 2100 75 0 mmm d Br =+=+= : Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp Lốp có áp suất cao chọn =0,95 Suy ra r bx = r 0 . = 0,364.0,95 = 0,346(m) i 0 :Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực chính Tỷ số truyền của truyền lực chính đợc tính theo công thức Tớnh toỏn thit k ụ tụ 10 . thẳng. Số5 Số 4 Số 3 Số 2 Số 1 Số lùi - Tớnh toỏn thit k ụ tụ 7 ỏn mụn hc Tt Huy DLK8-LC2 Phần II. Tính toán thiết kế các kích thớc của hộp số . Các thông. tỷ số truyền của các số trung gianổtong hộp số theo cấp số điều hoà. 2.1.2.1. Tính tỷ số truyền ở số 1 của hộp số. Ta cần xác định tỷ số truyền ở số 1 của