3. Tính bền các chi tiết của ly hợp
3.3. Tính trục ly hợp
Trục ly hợp cũng đồng thời là trục sơ cấp của hộp số, ở cuối trục có bánh răng nghiêng liền trục. Đầu trước của trục lắp ổ bi trong khoang của bánh đà, đầu sau lắp lên thành vỏ hộp số.
Trong đó:
Trục I: Là trục ly hợp và cũng đồng thời là trục sơ cấp của hộp số. Trục II: Là trục trung gian của hộp số.
Trục III: Là trục thứ cấp của hộp số. A B C D I III II YA XA YB XB Pa1 Pv1 Pr1 Pv4 Pr4 XD YD Hình 2.6. Sơ đồ các lực tác dụng lên trục ly hợp và hộp số.
Ta sẽ kiểm nghiệm trục tại chế độ mô-men lớn nhất. Giả sử mô-men trên trục là lớn nhất khi hộp số đặt ở tay số 1.
Các thông số tham khảo của các bánh răng hộp số:
Đường kính vòng lăn bánh răng trục sơ cấp: d1=60mm . Đường kính vòng lăn bánh răng trục trung gian: d2=110mm.
Đường kính vòng lăn bánh răng trục trung gian: d3=40mm .
Đường kính vòng lăn bánh răng trục thứ cấp: d4=130mm . Ta có mô-men truyền qua các trục như sau:
Trục I: M1=Memax=226(Nm).
Trục II: M2=M1. i12=M1. d2/d1=226.0,11/0,06=414(Nm).
Trục III: M3=M2. i34=M2. d4/d3=414. 0,13/0,04≈1346(Nm).
Bánh răng trên trục số I là bánh răng nghiêng, ta chọn các thông số tham khảo như sau:
Đường kính vòng lăn: d1=70mm=0,06(m).
Góc nghiêng của răng β1=25° .
Góc ăn khớp α1=20° . I A B C Pr1 Pv1 Pa1
Hình 2.7. Sơ đồ các lực tác dụng lên bánh răng trên trục I.
Khi đó ta có: Lực Vòng: Pv1=2M1 d1 =2.226 0,06=7533(N). Lực hướng kính: Pr1=Pv1tanα1 cosβ1=7533tan 20° cos 26°≈3051(N). Lực dọc trục: Pa1=Pv1tanβ1=7533. tan 26° ≈3674(N). Trục số III:
Pr4
Pv4
III
D C
Hình 2.8. Sơ dồ các lực tác dụng lên bánh răng trên trục III.
Lực vòng:Bánh răng trên trục III là bánh răng thẳng. Có các thông số chọn theo tham khảo như sau:
Đường kính vòng lăn: d4=130mm=0,13(m). Góc ăn khớp: α=20° . Pv4=2M3 d4 =2.1346 0,13 ≈20708(N).
Lực hướng kính: Pr4=Pv4tanα=20708. tan20° ≈7537(N).
3.3.2. Xác định phản lực lên các trục I và trục III tại các gối đỡ
Hình 2.9. Sơ đồ các lực trên trục III.
Ta chọn theo tham khảo khoảng cách từ bánh răng đến các ổ đỡ như hình vẽ. Trong đó:
XC và YC là các phản lực tại ổ đỡ C.
XD và YD là các phản lực tại ổ đỡ D.
Pr4 , Pv4 : lực hướng kính, lực vòng tác dụng lên bánh răng trên trục. Theo phương X ta có các phương trình cân bằng:
Σ FX=XC+XD−Pv4=0 . Σ MC(FX)=−Pv4l3+XD(l3+l4)=0 . ⇒XD=Pv4l3 l3+l4=20708.245 245+75 ≈15855(N). ⇒XC=Pv4−XD=20708−15855=4853(N).
Theo phương X ta có các phương trình cân bằng:
Σ FY=YC+YD−Pr4=0 .
⇒YD=Pr4l3 l3+l4=7537.245 245+75 ≈5771(N). ⇒YC=Pr4−YD=7537−5771=1766(N). Trục số I: Hình 2.10. Sơ đồ các lực trên trục I.
Ta chọn theo tham khảo khoáng cách từ bánh răng đến các ổ đỡ như hình vẽ. Giả sử chiều các lực như hình vẽ.
Trong đó:
Xc và Yc là các phản lực tại C có cùng giá trị nhưng có chiều ngược với chiều các phản lực tại C trên trục III.
XA và YA là các phản lực tại ổ đỡ A.
XB và YB là các phản lực tại ổ đỡ B. Theo phương trình X ta có phương trình cân bằng:
{ Σ FX=XA+XB−XC−Pv1=0
⇒
{ XB=(XC+Pv1)205
155 =(4853 7533+ )205
155 =16381(N)
XA=XC+Pv1−XB=4853+7533−16381=−3995(N)
XA có giá trị âm chứng tỏ chiều XA ngược với chiều đã giả thiết. Theo phương trình X ta có phương trình cân bằng:
{ Σ FY=YA+YB−YC−Pr1=0
Σ MA(FY)=(YC+Pr1)205−YB.155−Pa1.d1
2=0
Trong đó d1 là đường kính vòng lăn bánh răng trên trục I, d1=60mm
⇒{YB=(YC+Pr1)205−Pa1.d1 2 155 = (1766 3051+ )205−3674.60 2 155 =5660(N) YA=YC+Pr1−YB=1766+3051−5660=−843(N)
YA có giá trị âm chứng tỏ chiều YA ngược với chiều đã giả thiết. Như vậy ta có các lực tác dụng lên trục I như sau:
Pv1=7533(N) Pr1=3051(N) Pa1=3674(N) XA=3995(N) XB=16381(N) XC=4853(N) YA=843(N) YB=5660(N) YC=1766(N) Kiểm tra bền trục I: Tính mô-men tại vị trí (B): MxB=XA.155=3995.155 619225= (Nmm)
MyB=YA.155 843.155= =130665(Nmm) Tính mô-men tại vị trí (C):
MxC=XA.205−XB.50=3995.205 16381.50− =0(Nmm)
MyC=−YA.205+YB.50−Pa1.35=−843.205 5660.50 3414.30+ − =0(Nmm)
Ta nhận thấy tiết diện B là tiết diện nguy hiểm nhất. Như vậy ta sẽ kiểm tra bền cho trục I tại tiết diện B.
Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất ta có:
σ=√M2X
+MY2+MZ2
0,1.d3
Trong đó:
MX là mô-men uốn theo phương x tại B, MX=619225Nmm .
MY là mô-men uốn theo phương y tại B, MY=130665Nmm ,
MZ là mô-men uốn theo phương z tại B, MZ=225990Nmm . d là đường kính trục ly hợp, chọn d=35mm .
⇒σ=√6192252+1306652+2259902
0,1.353 =156(MPa) Với vật liệu chế tạo là thép 40X có [σ]=800(MPa) . Vậy σ<[σ] , Trục ly hợp đủ bền.
Chương III: Thiết kế dẫn động ly hợp cho xe