2.6.1. Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng – thanh răng.
- lực vòng cực đại tác dụng lên bánh răng: Pv =Pmax.ic= 353.16 = 5648(N)
- lực hướng tâm cực đại tác dụng lên bánh răng theo công thức:
- lực dọc lớn nhất tác dụng lên bánh răng:
2.6.2. Kiểm tra vật liệu
Trong quá trình làm việc thanh răng và bánh răng chịu ứng suất uốn, ứng suất tiếp xúc và tải trọng va đập từ mặt đường. vì vậy thường gây ra hiện tượng rạn nứt chân răng. Do đó ảnh hưởng tới độ bền và độ tin cậy của cơ cấu lái. Để đảm bảo
những yêu cầu làm việc của cơ cấu lái thì vật liệu chế tạo thanh răng – bánh răng thường là thép 40X tôi cải thiện.
Có:
HB =260 – 290.
Ứng suất tiếp xúc cho phép: + Ứng suất tiếp xúc cho phép:
- Giới hạn bền tiếp xúc của bánh răng:
- Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng: (2.30) Trong đó:
+ SH: là hệ số an toàn, lấy SH=1,1.
+ ZR: hệ số xét ảnh hưởng của độ nhám, ZR=0,95 + ZV: hệ số xét ảnh hưởng của vận tốc vòng, ZV=1,1.
+ KXH: hệ số xét ảnh hưởng của kích thước bánh răng, KXH=1. + KF: hệ số xét ảnh hưởng của độ bôi trơn, KF=1.
Thay các thông số ta được:
Ứng suất uốn cho phép:
- Giới hạn bền uốn của bánh răng:
(2.31)
- Ứng suất uốn cho phép:
(2.32) Trong đó:
+ YR=1, KxF=1.
+ SF: là hệ số an toàn, lấy SF=1,7.
+ YS: là hệ số xét tới ảnh hưởng của mô đun với m = 2,5. Ta chọn YS=1,03.
Kiểm nghiệm độ bền:
- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc: theo công thức 6.33, trang 105, [4], ta có:
(2.33) Trong đó:
+ ZM: là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, theo bảng 6.5,trang 96, [4]: với vật liệu bánh răng đều là thép ta có ZM = 274Mpa1/3.
+ZH: hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc
+ : hệ số kể đến sự trùng khớp của răng
+ là đường kính thanh răng, =26mm. + ic: tỷ số truyền của cơ cấu lái ic = 16. + T: là mô men tác dụng từ trục răng +
Với: + +
Thay các thông số vào công thức ta được:
Vậy 540 <
Do đó thỏa mãn điều kiện bền tiếp xúc. - Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn: ứng suất uốn được tính theo công thức:
(2.34) (2.35) Với YF1,YF2 là hệ số dạng răng.
Ta có:
Chọn
tra theo bảng 6.7, trang 98, [4]. với
Thay các thông số đã có vào công thức ta được:
<<=198MPa
Vậy điều kiện được thỏa mãn, bộ truyền bánh răng – thanh răng đảm bảo đủ bền trong quá trình làm việc.
2.6.3. Tính trục lái
Trục lái làm bằng thép rỗng được tính theo ứng suất xoắn do lực tác dụng trên vành tay lái: (MN/m2) (2.36)
Trong đó:
Plmax- lực lái lớn nhất tác dụng lên vô lăng Plmax = 353N. D, d - đường kính trong và đường kính ngoài của trục lái. R: bán kính vành tay lái R = 190mm
Chọn vật liệu chế tạo trục lái là thép C40 không nhiệt luyện, phôi chế tạo là phôi thép ống, ứng suất tiếp xúc cho phép .
Chọn sơ bộ kích thước của trục lái là: D=30 (mm), d= 20 (mm)
Thay những thông số trên vào công thức (2.36) ta được: (MN/m2)
Vậy ta chọn kích thước sơ bộ là kích thước thiết kế.
Với trục lái xe thiết kế, dựa trên số liệu thực tế ta chọn chiều dài của trục lái L=1000 (mm).
Ta cần tính toán trục lái theo độ cứng vững (góc xoắn trục) theo công thức sau: (rad) (2.37)
Trong đó:
L - chiều dài của trục lái (m).
G - mô đun đàn hồi dịch chuyển (G=8.104MN/m2). đổi ra không được vượt quá.
Thay số vào ta được: (rad) Suy ra:
Thoả mãn tiêu chuẩn thiết kế.
Vậy ta chọn trục lái rỗng, có chiều dài là: 1(m).
2.6.4. Tính bền đòn kéo ngang
Trong quá trình làm việc, đòn kéo ngang chỉ chịu kéo nén theo phương doc trục. Do vậy khi tính bền ta chỉ cần tính kéo, nén và lực tác dụng từ bánh xe. Tính bền đòn kéo ngang theo chế độ phanh cực đại.
(2.38) Trong đó:
G1=10500N: tải trọng đặt lên cầu trước dẫn hướng trong trạng thái tĩnh. m1p = 1,4: hệ số phân bố lại trọng lượng lên cầu trước khi phanh.
: hệ số bám giữa lốp và mặt đường.
Pmax A B C Q1 Q Q2
Sơ đồ phân bố lực phanh.
Qua sơ đồ phân tích lực ta có: (2.39) Trong đó:
AB, c: là các kích thước trên hình vẽ. AB=180mm;
Vậy Ta lại có:
ứng suất nén dọc của thanh ngang liên kết được xác định theo công thức: (2.40)
Trong đó:
Diện tích của thanh ngang
Đòn kéo ngang được chế tạo bằng thép ống 40X, có đường kính ngoài và trong lần lượt là: D=20mm; d=5mm.
Với hệ số dự trữ bền ổn định n =1,5 ta có Thay số vào ta được:
Ta có <.
Vậy đòn kéo ngang đảm bảo độ bền và ổn định.
2.6.5. Tính bền đòn bên hình thang lái.
Để đảm bảo an toàn và tính ổn định trong quá trình làm việc, đòn bên được làm bằng thép 40X. Đòn bên của dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn.
Do vậy ta tính bền theo điều kiện uốn:
Mu=AB.Q2=180.20370,1 = 46661(Nmm).
Ta kiểm tra ứng suất uốn tại vị trí nguy hiểm nhất tại chỗ giao nhau giữa hai tiết diện, tại điểm A.
Trong đó:
Với: b =35mm; h =25mm.
Theo tài liệu chuyên ngành lấy hệ số an toàn n=1,5 và với thép 40X thì ta có:
Vậy =133,7 <=570, thỏa mãn điều kiện bền uốn.
Do ở hai đầu là khớp nên chỉ chịu kéo nén đường tâm. Ta tính đòn nối trong trường hợp chịu phanh cực đại như trên:
Thanh uốn AB chịu lực nén: Q1=19031,88N. ứng suất uốn của thanh:
Trong đó:
: là tiết diện thanh nối bên.
Với đường kính thanh nối D=20mm, chọn theo xe tham khảo. Thanh nối được làm bằng vật liệu thép 40X có .
Vậy: <. Do đó đòn nối bên của dẫn động lái đủ bền trong quá trình làm việc.
2.6.7. Tính bền khớp cầu (rotuyl)
Vật liệu chế tạo khớp cầu là thép 40XH có cơ tính: .
Với điều kiện là khớp làm việc ở chế độ tải trọng động và chịu va đập. khớp cầu được kiểm bền theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc và kiểm tra độ bền cắt tại vị trí có tiết diện nguy hiểm.
Kiểm tra bền khớp cầu.
như phần tính bền thanh kéo ngang lức tác dụng lên khớp cầu cũng chính là lực phanh cực đại Ppmax = Q = 12495(N).
d D
Mặt cắt của khớp cầu
Tính ứng suất chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu.
Trong đó:
F: là diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rotuyn. Trong thực tế diện tích làm việc chiếm 2/3 diện tích khớp cầu. nên mặt chịu lực tiếp xúc chiếm 1/2.2/3=1/3 bề mặt khớp cầu.
Ta có:
Với D=30mm, là đường kính khớp cầu.
Hệ số an toàn:
Như vậy khớp cầu thỏa mãn điều kiện chèn dập tại bề mặt làm việc.
Kiểm tra khớp cầu theo điều kiện cắt. Kiểm tra độ bền cắt khớp cầu tại tiết diện nguy hiểm nhất.
Ứng suất cắt được tính theo công thức:
Fc: là tiết diện của rotuyn tại vị trí có tiết diện nguy hiểm nhất.
Với d = 20 mm: là đường kính chỗ cắt của rotuyn. Hệ số an toàn: .
Như vậy khớp cầu thỏa mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm.