L ời nói đầu
2.1.2 Lý thuyết về truyền động các đăng khác tố c
a) Nguyên lý cấu tạo
Trong hệ thống truyền lực của các ô tô hiện đại có cầu sau chủ động thường sử dụng truyền động các đăng có dạng như trên hình 13 bao gồm ba khớp các đăng dạng chữ thập, trục trung gian, trục chính và ổ đỡ. Mỗi khớp các
đăng (hình 13) gồm có hai nạng 12, 13 và chữ thập 27 nối các nạng này lại với nhau thông qua các ổ bi kim. Các nạng 1, 13 được chế tạo liền với các mặt bích dùng để nối truyền động các đăng với các bộ phận khác ( hộp số và cầu chủ động ). Nạng 2 của khớp các đăng bên trái được hàn liền với trục trung gian 3, còn nạng 10 của khớp giữa và nạng 12 của khớp bên phải được hàn liền với trục chính 11. Nạng 9 của khớp giữa được nối bằng then hoa 17 với trục trung gian 3. Mối ghép then dạng trượt cho phép thay đổi chiều dài trục để bù vào sự thay
đổi khoảng cách giữa hộp số và cầu chủđộng khi hệ thống treo biến dạng.
Khớp chữ thập được chế tạo từ thép hợp kim 20Cr, 20CrM sau khi thấm các bon (chiều sâu thấm 1,0 - 1,2 mm) và nhiệt luyện đạt độ cứng là 58 - 60 HRC tại các vị trí lắp ổ bi kim. Tại các đầu của chữ thập có lắp các cốc 22 cùng với các viên bi kim 23, các viên bi được chặn bởi vòng hãm 24 và ổ bi được làm kín nhờ vòng đệm 25. Để chặn các ổ theo chiều dọc trục có các nắp đậy 19, chúng được bắt chặt vào nạng 12 bằng các bu lông 21. Các ổ bi của khớp chữ
thập được bôi trơn bằng cách bơm mỡ qua vú mỡ 8 ở giữa khớp và theo các lỗ
khoan trong các trục chữ thập.
Mối ghép then hoa được bôi trơn trong khi lắp ráp. Để giữ cho mỡ bôi trơn khỏi chảy ra ngoài trong quá trình làm việc thì ở phía cuối trục có lắp các phớt làm kín 5 và 6. Ngoài ra, để bảo vệ then hoa khỏi bị bụi bẩn người ta bố trí một ống chắn 7.
Trục các đăng có dạng ống với các nạng được hàn vào các đầu trục hoặc một đầu có nạng còn đầu kia là then hoa. Các ống của trục các đăng được chế
tạo từ thép tấm bằng cách cuốn tròn và hàn mép. Vật liệu chế tạo trục là thép hợp kim 40Cr, 40CrMo. Đường kính của trục các đăng thường được tiêu chuẩn hoá.
Các trục các đăng cần được cân bằng động để giảm tối đa độ rung của nó khi làm việc. Nếu truyền động các đăng có hai trục thì việc cân bằng động phải
được thực hiện đồng thời cho cả hai trục. Trong quá trình cân bằng động để tạo
đối trọng người ta hàn các tấm thép 18 lên trục.
Trục các đăng 3 có ổđỡ trung gian bao gồm ổ bi cầu 16 nằm trong gối đỡ
bằng cao su 4. Vỏ của ổ đỡđược bắt với khung xe thông qua giá 15. Gối cao su có tác dụng dập tắt dao động của trục và giảm tải lên trục khi khung bị biến dạng.
Đề tài NCKH Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm cụm các đăng trước và sau xe tải nặng CAT 769 C, D
Hình 13 Cấu tạo truyền động các đăng ôtô tải có ổđỡ trung gian
b) Động học của cơ cấu các đăng khác tốc
Nếu hai trục được nối với nhau bởi một khớp các đăng khác tốc thì khi trục vào quay với vận tốc góc không đổi, trục ra sẽ quay không đều. Điều này được giải thích bởi kết cấu không gian phức tạp của khớp các đăng chữ thập (hình14).
a) b) Hình 14 Hai vị trí đặc trưng của chữ thập
Ở vị trí thứ nhất trục O1O1 nằm trong mặt phẳng hình vẽ, còn chữ thập thì nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục 1 ( hình 14 a ). Ở vị trí thứ hai (hình 14b) ứng với vị trí của trục O1O1 vuông góc với mặt phẳng hình vẽ, còn mặt phẳng chứa chữ thập thì vuông góc với trục 2. Trục O1O1 quay trong mặt phẳng vuông góc với trục 1. Nếu biểu diễn các vận tốc tiếp tuyến của các điểm C1 và C2 thông qua các vận tốc góc của các trục 1 và 2, ta có: C1 1 1 2 2 C2 V = ω.r = ω .r = V Các bán kính r1, r2 của các điểm C1, C2 ở các vị trí trên được xác định như sau: 2 1 r = r .cosγ và r = r .cos1 2 γ Như vậy, ở vị trí thứ nhất 1 2 ω ω =
cosγ và ở vị trí thứ hai ω2= ω1.cosγ. Đối với các vị trí trung gian của chữ thập vận tốc góc của trục 2 nằm trong khoảng
1
2 1
ω
>ω >ω.cosγ
cosγ .
Kết quả này cho ta biết các trục 1 và 2 không quay cùng một vận tốc. Quan hệ giữa các góc quay của các trục 1 và 2 được xác định theo biểu thức sau: tgφ1= tgφ2.cosγ.
Mức độ không đồng tốc giữa các trục càng lớn nếu góc γ càng lớn. Vì vậy khi ô tô chở đúng tải trọng định mức thì góc đặt của các trục các đăng không
Đề tài NCKH Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm cụm các đăng trước và sau xe tải nặng CAT 769 C, D
tính năng việt dã cao. Đồng thời góc γ cũng không được phép nhỏ hơn 10 để
tránh hiện tượng kẹt các viên bi kim trên các bề mặt tiếp xúc.
a) b)
Hình 15 Truyền động các đăng có hai khớp chữ thập
Khi thiết kế các bộ truyền các đăng với các khớp chữ thập cần lưu ý khả
năng đồng đều tốc độ giữa trục vào và trục ra. Trên hình 15a, b là các truyền
động các đăng 2 khớp chữ thập, ta có thể biểu thị mối quan hệ giữa góc quay của các trục như sau:
Ở khớp chữ thập thứ nhất: tgφ1= tgφ2.cosγ1. Ở khớp chữ thập thứ hai: tgφ3= tgφ2.cosγ2.
Như vậy, đểđảm bảo cho các trục 1 và 3 quay cùng một tốc độ thì cần thoả
mãn các điều kiện sau:Các nạng của trục 1 và trục 3 phải nằm trong cùng một mặt phẳng và các góc γ1= γ2.
Hình 16 Truyền động các đăng có 3 khớp chữ thập
Trong trường hợp truyền động các đăng có ba khớp chữ thập ( hình 16 ), các trục 1 và 4 quay cùng tốc độ nếu: cosγ1.cosγ2= cosγ3
Với sơ đồ này thì trục 3 có các nạng nằm trong cùng một mặt phẳng, còn các nạng của trục 2 thì vuông góc với nhau. Trong quá trình chuyển động của ô tô các góc γ2,γ3 có thể thay đổi trong khi γ1 không đổi. Do đó trên thực tế việc
đồng tốc giữa các trục 1 và 4 không thể thực hiện được. Tuy nhiên, có thể giảm sự khác tốc của các trục trên bằng cách giảm góc γ1 ( thường chọn 0 1 γ =1÷2 ). a) b) Hình 17 Truyền động các đăng có 4 khớp chữ thập
Trong truyền động các đăng 4 khớp chữ thập có ổđỡ trung gian ( hình 17 a, b) các trục vào 1 và trục ra 5 có thể đồng tốc được theo nguyên tắc đồng tốc từng cặp khớp các đăng chữ thập, nghĩa là: trục 1 đồng tốc với trục 3 và trục 3
đồng tốc với trục 5. Nếu các góc đặt của trục các đăng nằm trong các mặt phẳng vuông góc với nhau thì góc đặt chung của trục được tính bằng cách tổng hợp các góc trong mặt phẳng ngang γn và trong mặt phẳng đứng γd:
2 2
n d
γ= γ +γ
Góc đặt của trục các đăng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của truyền
động. Đối với truyền động các đăng với hai khớp chữ thập, hiệu suất có thể đạt tới 0,99 nếu góc γ < 80. Nếu góc γ tăng lên tới 140 thì hiệu suất chỉ còn 0,95 và các ổ bi sẽ phải làm việc ở chếđộ nặng ( nhiệt độ cao, tốc độ mài mòn lớn ).
c) Ưu, nhược điểm của truyền động các đăng có 2 khớp chữ thập
• Ưu điểm:
- Được ứng dụng nhiều trong xe vận tải hạng nặng.
- Đảm bảo tương đối đồng đều tốc độ giữa các trục vào và trục ra. - Độ rung, độồn trong khi làm việc tương đối ít, tuổi thọ cao.
• Nhược điểm:
- Kết cấu không gian phức tạp của khớp các đăng chữ thập.
Đề tài NCKH Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm cụm các đăng trước và sau xe tải nặng CAT 769 C, D
Việc cân bằng động không được tuyệt đối, nên khi quay trục các đăng sẽ
phải chịu lực ly tâm. Lực này có thể gây nên dao động trục và làm xuất hiện hiện tượng cộng hưởng.