tinh toan thiet ke hop so co khi don gian cho o to hang trung

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRẦN ĐẠI NGHĨA TRƯƠNG TRỌNG NHÂN KHÓA 03 HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY ĐỒ ÁN MƠN HỌC CHUN NGÀNH Ơ TƠ ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỘP SỐ CƠ KHÍ ĐƠN GIẢN CHO Ơ TƠ TẢI HẠNG TRUNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRẦN ĐẠI NGHĨA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA Ô TÔ Độc lập – Tự – Hạnh phúc ****************** ***************** ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT ĐỒ ÁN MÔN HỌC Sinh viên thực hiện: Họ tên: TRƯƠNG TRỌNG NHÂN Mã SV: 13DDS0302132 Ngày sinh: 19/12/1994 Mã lớp:13DDS03021 Trình độ, loại hình đào tạo: Đại học quy Chun ngành: Cơng nghệ kỹ thuật tơ Khóa học: 2013-2017 Đề tài: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỘP SỐ CƠ KHÍ ĐƠN GIẢN CHO Ô TÔ TẢI HẠNG TRUNG Số liệu ban đầu: STT Thơng số Khối lượng tồn xe đầy tải (kg) Khối lượng phân bố lên cầu xe xe đầy tải (kg) *Phân bố lên cầu trước *Phân bố lên cầu sau Kích thước lốp Mô men xoắn lớn động kG/m ứng với số vòng quay động v/ph Công suất lớn động m/l ứng với số vòng quay động v/ph Vận tốc lớn ô tô (km/h) Số liệu 9525 2575 6950 9,0-20 41/2000 150/3200 90 Nội dung thực hiện: Lời nói đầu Chương I: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ 1.1 Công dụng hộp số 1.2 Yêu cầu hộp số 1.3 Phân loại hộp số 1.4 Phân tích chọn phương án kết cấu hộp số Chương II: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỘP SỐ 2.1 Xác định tỉ số truyền tay số 2.2 Số cấp hộp số 2.3 Tỷ số truyền trung gian hộp số 2.4 Xác định kích thước hộp số Chương III: TÍNH TỐN CÁC CHI TIẾT BỘ PHÂN CHÍNH CỦA HỘP SỐ 3.1 Tính tốn kiểm bền bánh hộp số 3.1.1 Chọn vật liệu 3.1.2 Kiểm bền cho bánh theo ứng suất uốn 3.1.3 Kiểm bền cho bánh theo ứng suất tiếp xúc 3.2 Tính tốn trục hộp số 3.2.1 Tính sơ kích thước trục hộp số 3.2.2 Tính bền trục Chương IV: KẾT LUẬN Chương V: BẢN VẼ A3 5.1 Bản vẽ lắp 5.2 Bản vẽ kết cấu bánh Ngày giao nhiệm vụ: 05/09/2016 Kế hoạch thực ST Nội dung thực T Ngày nộp đồ án: 07/11/2016 Thời gian Kết thực Từ 12/09 đến 20/09 Hoàn thành Chương I: Tổng quan hộp số Chương II: Xác định thông số Từ 20/09 đến 1/10 hộp số Hoàn thành Chương III: Tính tốn chi tiết phận Từ 01/10 đến 25/10 hộp số Hồn thành Chương IV: Kết luận Từ 25/10 đến 1/11 Hoàn thành Chương V: Bản vẽ A0 Từ 01/11 đến 07/11 Hoàn thành GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Th.s Mai Hồng Cẩm SINH VIÊN THỰC HIỆN Trương Trọng Nhân MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương I: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ 1.1 Công dụng hộp số: .2 1.2 Yêu cầu: 1.3 Phân loại hộp số: 1.3.1 Theo phương pháp điều khiển: 1.3.2 Theo tính chất truyền mô men: 1.3.3 Theo số trục chứa cặp bánh truyền số: .6 1.4 Phân tích chọn phương án kết cấu hộp số Chương II: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỘP SỐ 2.1 Xác định tỉ số truyền tay số 2.2 Số cấp hộp số 10 2.3 Tỷ số truyền trung gian hộp số 10 2.4 Xác định kích thước hộp số 11 2.4.1 Khoảng cách trục .11 2.4.2 Kích thước theo chiều trục cac-te hộp số: 12 2.4.3 Tính tốn số bánh hộp số 12 Chương III: TÍNH TỐN CÁC CHI TIẾT BỘ PHÂN CHÍNH CỦA HỘP SỐ.15 3.1 Tính tốn kiểm bền bánh hộp số .15 3.1.1 Chọn vật liệu: 16 3.1.2 Kiểm bền cho bánh theo ứng suất uốn 16 3.1.3 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 18 3.2 Tính toán trục hộp số 18 3.2.1 Tính sơ kích thước trục hộp số 18 3.2.2 Tính bền trục 19 Kết luận 20 LỜI NĨI ĐẦU Ơ tơ máy kéo phượng tiện sản xuất kinh doanh sinh hoạt, thiếu đời sống Cùng với tiến chung khoa học Ngành tơ có bước phát triển với thành quan trọng Những biến đổi mà địi hỏi phải có nhận thức sâu rộng, vấn đề có liên quan đến cơng nghệ ô tô Nhiệm vụ đồ án thiết kế tính tốn hộp số xe tải hạng trung Đây phận chính, khơng thể thiếu ơtơ Nó dùng để thay đổi số vịng quay mômen động truyền đến bánh xe chủ động cho phù hợp với điều kiện làm việc ôtô, tách lâu dài động khỏi hệ thống truyền lực, trích cơng suất để dẫn động phận công tác khác Tuy muốn tiếp thu kiến thức phải nắm vững kiến thức Những kiến thức làm tảng cho bước phát triẻn Lần làm quen với việc tính tốn thiết kế nên có nhiều khó khăn thiếu sót Với nhận thức hạn chế nhiều mặt nên trình làm đồ án em cịn vướng phải sai sót, mong quan tâm giúp đỡ thầy mơn Để hồn thành đồ án em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy Mai Hồng Cẩm bạn lớp Chương I: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ 1.1 Công dụng hộp số: Hộp số thiết bị dùng để thay đổi số vịng quay mơ men động ( độ lớn hướng ) truyền đến bánh xe chủ động đủ để thắng sức cản chuyển động ô tô, máy kéo thay đổi nhiều q trình làm việc - Ngồi hộp số dùng để: Tách lâu dài động khỏi hệ thống truyền lực cần thiết mà không cần tắt máy như: Khi ô tô chạy không tải, khởi động động ô tô, Cho xe chạy xuống dốc, chạy theo quán tính Dẫn động phận công tác khác xe chuyên dùng như: Tời kéo, cần cẩu, xe tự đổ 1.2 Yêu cầu: Để đảm bảo cung dụng hộp số phải đảm bảo yêu cầu sau: - Có tỉ số truyền số lượng tay số thích hợp, đảm bảo chất lượng động lực có tính kinh tế nhiên liệu cần thiết cho ơtơ, máy kéo Do ơtơ phải làm việc nhiếu địa hình khác nhau, địa hình lại có u cầu động lực học khác Do với yêu cầu động lực khác nên hộp số phải có tỉ số truyền thích hợp để tạo momen số vịng quay thích hợp với điều kiện làm việc ôtô - Làm việc êm dịu, chuyển số nhẹ nhàng, khơng va đập Trong q trình ơtơ làm việc, phải nhiều lần chuyển số tuỳ theo địa hình hoạt động u cầu chuyển số phải nhẹ nhàng làm việc êm dịu để tránh gây mệt mỏi ảnh hưởng đến sức khoẻ lái xe - Có vị trí trung gian để cắt lâu dài động khỏi hệ thống truyền lực trường hợp động nổ mà ôtô chưa cần chuyển động Có cấu chống gài số lúc để đảm bảo an toàn cho hộp số - Hộp số phải có số lùi phép xe chuyển động lùi để dễ quay đầu xe điều kiện đường hẹp; đồng thời phải có cấu chống tự động gài số lùi cách ngẫu nhiên - Kích thước, khối lượng nhỏ, kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, hiệu suất cao, giá thành rẻ 1.3 Phân loại hộp số: 1.3.1 Theo phương pháp điều khiển: Điều khiển tay, điều khiển tự động điều khiển bán tự động a Hộp số khí (điều khiển tay): Là hộp số điều khiển hồn tồn kết cấu khí, dựa tỷ số truyền khác cặp bánh ăn khớp - Ưu điểm: kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, giá thành thấp, dễ bão trì sửa chữa… - Nhược điểm: kết cấu cồng kềnh, hiệu suất thấp, nhiều thời gian chuyển số, điều khiển nặng nhọc(thường phải dung cấu trợ lực)…, Ngoài dùng hộp số tay có nhược điểm khơng tạo cảm giác êm dịu chuyển số b Hộp số tự động: Cấu tạo hộp số tự động AT hai cấp Biến tốc thủy lực; 2- Trục I; 3- Bơm dầu; 4- Li hợp nối thẳng; 5-Cơ cấu bánh hành tinh; 6- Trục II; 7- Cảm biến tốc độ; 8- Bộ phanh số lùi; 9- Cụm van điều khiển; 10-bầu lọc dầu - Nguyên lý làm việc hộp số tự động cài số, mô-men dẫn động từ động truyền tới trục hộp số thông qua biến tốc thủy lực Cảm biến tốc độ gắn trục hộp số thông báo cho CPU tốc độ xe, CPU điều khiển van thủy lực để đóng mở đĩa ma sát, để liên kết trục bánh hộp số cho số thích hợp với tốc độ tải trọng xe - Ưu điểm: Có thể tự động đổi số, mô-men truyền liên tục, động lực không bị ngắt quãng Thích nghi với loại đường, điều khiển dễ dàng, an toàn thoải mái cho người sử dụng; tải trọng động nhỏ, tuổi thọ chi tiết cao - Nhược điểm kết cấu phức tạp, giá thành cao, khó sửa chữa Hộp số tự động phân làm hai loại chính: Hộp số có cấp (AMT AT), loại AT sử dụng rộng rãi; Hộp số tự động vô cấp CVT (truyền động đai kim loại) c Bán tự động (DCT: Dual - Clutch Transmission) Dùng hộp số tay có nhược điểm không tạo cảm giác êm dịu chuyển số, cịn hộp số tự động có kết cấu q phức tạp làm gia tăng lượng tiêu thụ nhiên liệu Nhưng, có loại hộp số loại bỏ nhược điểm trên, hộp số ly hợp kép: Dual - Clutch Transmission (DCT) hay gọi hộp số bán tự động 1: Bánh xoắn ăn khớp với vi sai; 2: bánh thuộc vi sai; 3: trục sơ cấp số1; 4: trục khuỷu động cơ; 5: trục sơ cấp số 2; 6: Ly hợp 2; 7: Ly hợp 1; 8: bánh xoắn ăn khớp với vi sai; 9: bánh ăn khớp với đồng tốc; BR:Cặp bánh số(1,2,3,4,5,6)  : góc nghiêng cặp bánh gài số [rad], chọn  = 220 1 m1: Mô-đuyn pháp tuyến cặp bánh gài số Thế số vào : �22.3,14 � 2.130 cos � � � 180 �  3, 0624 ig  4.16 Tỷ số truyền cặp bánh chung ih1 = ia.ig1 Suy ia  ih1   2, 2858 ig1 3, 0624 Trong đó: ia :Tỷ số truyền cặp bánh luôn ăn khớp ih1: Tỷ số truyền cấp hộp số ig1 Tỷ số truyền cặp bánh gài số Từ đó, suy tỷ số truyền cặp bánh gài số cho số truyền khác igk  Trong đó: ihk ia ; k =2  ihk: Tỷ số truyền thứ k hộp số igk Tỷ số truyền cặp bánh gài số thứ k ig  ih 4, 29   1,8768 ia 2, 2858 ig  ih 2, 63   1,1506 ia 2, 2858 ig  ih 1, 62   0, 7087 ia 2, 2858 Số bánh chủ động hộp số 15 Zk  A cos  k mk 1  igk  Trong đó: igk: Tỷ số truyền cặp bánh gài số thứ k, k =  n  k : Góc nghiêng cặp bánh gài số thứ a, k (rad) mk: Mô-đuyn pháp tuyến cặp bánh gài số thứ a, k [mm] Thế số ta được: �22.3,14 � 2.130.cos � � A.cos  a � 180 � 19, 78 Za   ma   ia  4.(1  2, 2858) => Chọn Z=20 �22.3,14 � 2.130.cos � � A.cos  180 � � Z2    25,82 3,5.(1  1,8768) m2   ig  => Chọn Z2=26 �22.3,14 � 2.130.cos � � A.cos 3 � 180 � 34,54 Z3   3,5.(1  1,1506) m3   ig  => ChọnZ3= 35 �22.3,14 � 2.130.cos � � A.cos  � 180 � 43, 47 Z4   3,5.(1  0, 7087) m4   ig  => Chọn Z4=43 Số bị động cặp bánh ăn khớp tương ứng xác định theo tỷ số truyền gài số nó: Z k' Z k igk Za’ = Za ia = 20.2,2858 = 45,716 => Chọn Za’ = 46 Z1’ = Z1 ig1 = 16.3,0624 = 48,9984 => Chọn Z1’ = 49 Z2’ = Z2 ig2 = 26.1,8768 = 48,7968, => Chọn Z2’ = 49 Z3’ = Z3 ig3 = 35.1,1506= 40,271 => Chọn Z3’ = 40 Z4’ = Z4 ig4 = 43.0,7087 = 30,4741 => Chọn Z4’ = 30 Tính xác lại khoảng cách trục A làm tròn số răng: 16 A m.( Z a  Z a' ) 4.(20  46)   142, 37 2.cos  2.cos 22o [mm] Chọn khoảng cách trục A = 142 (mm) Tính xác góc nghiêng để đảm bảo khoảng cách trục chúng cos 1  m1.( Z1  Z1' ) 4.(16  49)   0,9155 �   230 43' A 2.142 ma ( Z a  Z a' ) 4.(20  46) cos     0,9296 �   21037 ' A 2.142 cos 3  m2 ( Z  Z 2' ) 3,5.(26  49)   0,9243 �   220 26 ' A 2.142 cos  a  m3 ( Z3  Z 3' ) 3,5.(35  40)   0,9243 �   220 26 ' A 2.142 cos   m3 ( Z  Z 4' ) 3,5.(43  30)   0,8996 �   25053' A 2.142 17 Chương III: TÍNH TỐN CÁC CHI TIẾT BỘ PHÂN CHÍNH CỦA HỘP SỐ 3.1 Tính toán kiểm bền bánh hộp số Bánh chi tiết hộp số, trình làm việc, bánh làm việc điều kiện nặng nề, để đảm bảo bánh làm việc tốt q trình tính toán kiểm nghiệm hộp số cần thiết phải kiểm bền cho bánh Qua phân tích phần kết cấu hộp số ta nhận thấy hộp số ôtô tải gồm có cặp bánh thường xuyên ăn khớp Trong q trình thiết kế hộp số ơtơ tải để đơn giản chế tạo người ta dùng bánh trụ mô đun Để đảm bảo kết cấu nhỏ gọn người ta dùng bánh chủ động số I có số nhỏ nhất, theo điều kiện cắt chân hộp số ô tô tải bánh chủ động số I nhỏ có số 16 Như ta thấy cặp bánh số I phải làm việc điều kiện nặng nề (lực vịng lớn nhất) ta cần thiết tính tốn cho chúng Chế độ tính tốn: Khi xe làm việc số I động làm việc chế độ mô men xoắn cực đại Tải trọng tính tốn cho bánh xác định theo mô men xoắn tự cực đại động Các bánh thường tính bền theo ứng suất uốn ứng suất tiếp xúc Đối với vật liệu làm bánh xe tải thường làm vật liêu đặc biệt, thường thép hợp kim 12XH4BA có b = 800 MPa; ch = 1150 MPa, có độ cứng bề mặt lớn 350HB Trong q trình tính tốn kiểm nghiệm ta tính ứng suất uốn ứng suất tiếp xúc 18 * Chọn cặp bánh thường tiếp: Là bánh trụ nghiêng với số Z1 = 16; Z1’ = 49 Góc nghiêng cặp bánh 1 = 23 43' Hệ số dịch chỉnh x = Hệ số chiều cao đỉnh răng: h* = Hệ số chiều cao chân răng: hf = 1,25 Góc prơphin gốc:  = 200 tg tg 20 cos  ) = arctg( cos 23 43' ) = 21040’ Góc prơphin răng: t = arctg( A cos  t 142.cos 210 40’ 142 Góc ăn khớp : tw = arccos( A ) = arccos( ) = 21040’ + Với bánh chủ động: Z1.m 16.4  �70 Đường kính vịng chia : d1= cos 1 cos 23 43 ' [mm] Đường kính đỉnh răng: da1 = d1+2.m ≈ 78 [mm] Đường kính đáy răng: df1 = d1-2,5.m ≈ 60 [mm] Chiều rộng vành : b1 = ba.A = 0,19.142 ≈ 27 [mm] Trong hệ số ba phơ thc vào độ cứng mặt làm việc, loại bánh răng, số truyền tải trọng Theo bảng 6.6 sách tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập I/T97 ta chọn ba=0,19 + Với bánh bị động: Z1’.m 49.4  �214 Đường kính vịng chia : d2 = cos 1 cos 23 43' [mm] Đường kính đỉnh răng: da2 = d2+2m = 214,08 + 2.4 ≈ 222 [mm] Đường kính đáy răng: df2 = d2-2,5m = 214,08 - 4.2,5 ≈ 204 [mm] Chiều rộng vành : b1= ba.A= 0,19.142 ≈ 27 [mm] 19 3.1.1 Chọn vật liệu: Vật liệu chế tạo bánh thép 40X, HRC=5059,[b]=1000Mpa, [c]=800Mpa, Nhiệt luyện thấm nitơ Với cặp bánh số cặp bánh thường tiếp chọn độ cứng cao HRC= 58 Các cặp bánh khác chọn HRC=50 3.1.2 Kiểm bền cho bánh theo ứng suất uốn Để đảm bảo bền uốn ứng suất uốn sinh chân không vượt giá trị cho phép 2M tt K F Y Y YF F1= bw d w1 m   F  YF   F  Y F2=F1 F 20 Trong đó: + Mtt- Mơ men tính tốn trục chủ động Mtt=410 Nm + m= 4; bw= 27 mm ; dw1- Đường kính vịng lăn bánh chủ động d w1= 70 mm + - Hệ số trùng khớp 1 � � [1,88  3, 29(  )]cos  � 1, 63 � Z Z � = � + Y=1/ hệ số kể đến trùng khớp Y=0,613 +Y  hệ số kể đến độ nghiêng : Y  =1 - 2/140=1-0,349/140 +YF1,YF2 hệ số dạng bánh Theo bảng 6.18 TTTKCTM tập ta được: YF1=3,7; YF2=3,6 + KF hệ số tải trọng tính uốn : KF= KF KF KFV + KF hệ số kể đến phân bố không tải trọng chiều rộng vành , theo bảng P2.3 phụ lục TTTK CTM ta có : KF=1,05 + KF hệ số kể đến phân bố không tải trọng cho cặp ăn khớp, theo bảng 6.14 phụ lục TTTK CTM ta có : KF=1,22 + KFV hệ số k n ti trng ng xut hin vùng ăn khíp + [F1], [F2] ứng suất cho phép bánh chủ động bị động Theo bảng P2.3 phụ lục TTTK CTM ta có KFV=0,86  KF = 1,05.1,22.0,86 = 1,1  F1= 728 [MPa]  F2= 728.3,6/3,7=708,32 [Mpa] 21  lim K FC K FL [F1]= S F Vì 0lim ứng suất uốn cho phép với với chu kỳ sở, theo bảng 6.2 TTTK CTM ta có 0lim1= 440MPa = 440N/mm2; 0lim2 = 400 N/mm2 + SF hệ số an tồn tính uốn, theo bảng 6.2 ta có SF=1,75 + KFL hệ số tuổi thọ xét đến thời hạn phục vụ chế độ tải trọng truyền KFL= mF N FO N ßNE + mF=9; NFO=4.106 + NFE số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương lấy: NFE=NFO=4.106 lúc ta có KFL=1 + KFc hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải ; KFC=1  [F1]=440/1,75=251,43 N/mm2  [F2]=400/1,75=228,6 N/mm2 Ta thấy F1>[F1]; F2>[F2] nên cặp bánh thường tiếp không đảm bảo bền 3.1.3 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc + Ứng suất tiếp xúc : H=ZM.ZH.Z 2.M tt K H (ia  1)   H  bw ia d w1 + ZM hệ số kể đến tính vật liệu bánh ăn khớp Theo bảng 6.5TTTK CTM ta có ZM=234 theo bảng 6.12 ta có ZH=1,67 Z= 0,785  với  hệ số trùng khớp dọc = [1,88-3,29((1/Z1+1/Z2)]cos] =1,63 + KH hệ số tải trọng tính bền sức bền tiếp xúc: KH=KH.KH.KHV 22 + KH hệ số kể đến phân bố không tải trọng chiều rộng vành răng, theo bảng 6.7 TTTK CTM ta có KH=1,06 + KH hệ số kể đến phân bố không tải trọng cho cặp bánh đồng thời ăn khớp, theo bảng 6.14 TTTK CTM ta có KH=1,05 +KHV hệ số kể đến tải trọng động xuất vùng ăn khớp Theo bảng 6.13 phụ lục P2.3TTTKCTM ta có KHV=0.91  KH=1,06.1,05.0,91=1,0128 2.410.1,0128(4,8  1)  26 , 41 , 30 , 35  H=234.1,67.0,785 62,3 + [H]=0Hlim.KHL/SH Theo bảng 6.2 TTTKCTM ta có + 0Hlim=1050 MPa =1050N/mm2 SH=1,2; KHL=1  [H] =1050.1/1,2=875 N/mm2 Do H