9. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ
9.1. Chọn phương ân truyền động
Để thiết kế hệ thống truyền động cho xe, có thể chọn một trong hai phương án truyền động là truyền động xích và truyền động đai. Ta chọn phương án truyền động cho đường truyền từ trục ra vi sai đến hai bánh xe chủ động, sử dụng bộ truyền xích để truyền công suất từ động cơ đến vi sai (đường truyền sơ cấp).
9.1.1.Truyền động đai.
Đây là phương án truyền động mà từ hai trục ra vi sai ta có thể lắp hai bánh đai răng để truyền động cho hai bánh xe chủ động, nếu sử dụng bộ truyền đai có những ưu nhược điểm sau:
+Ưu điểm:
- Có khả năng truyền chuyển động và cơ năng giữa các trục ở khá xa nhau. - Giữ được an toàn cho các chi tiết máy khác khi bị quá tải.
- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ. +Nhược điểm:
- Khn khổ và kích thước của bộ truyền đai khá lớn.
- Lực tác dụng lên trục và ổ khá lớn do ảnh hưởng của lực căng đai. - Tuổi thọ bộ truyền đai thấp khi làm việc ở mức độ cao.
9.1.2.Truyền động xích.
9.1.2.1. Những ưu nhược điểm khi dùng bộ truyền xích.
+Ưu điểm:
- Có khả năng truyền chuyển động và cơ năng giữa các trục ở khá xa nhau. - Kích thước và khn khổ nhỏ gọn hơn bộ truyền đai.
Thiết kế xe ba bânh chạy bằng biogas phục vụ vận chuyển ở nông thôn.
- Lực tác dụng lên trục tương đối nhỏ, có thể cùng lúc truyền cơ năng cho nhiều trục.
- Truyền động tốt ở trường hợp có khoảng cách trục trung bình. +Nhược điểm:
- Bộ truyền xích tạo nhiều tiếng ồn khi làm việc.
- Vận tốc tức thời của xích và đĩa xích bị dẫn khơng ổn định.
- Yêu cầu chăm sóc thường xun ( bơi trơn, điều chỉnh căng xích).
- Nhanh mịn, nhất là nhũng nơi làm việc có nhiều bụi và khi được bơi trơn không tốt.
9.1.2.1. Các phương án truyền động khi dùng bộ truyền xích.
+ Phương án 1: Dẫn động một bên, sử dụng một bánh xe sau làm bánh xe chủ động.
+ Phương án 2: Dẫn động hai bên, sử dụng hai bánh xe sau làm bánh xe chủ động, không dùng vi sai.
+ Phương án 3: Dẫn động hai bên, sử dụng hai bánh xe sau làm bánh xe chủ động, có dùng vi sai.
9.1.3.Chọn loại truyền động cho xe thiết kế.
Với cơng việc phục vụ vận chuyển ở nơng thơn địi hỏi xe thiết kế làm việc ở mức độ khá cao, làm việc nhiều giờ trong ngày, tình trạng đường xá xấu nên khi chọn bộ truyền động cần chú ý đến khả năng làm việc thường xuyên, trường hợp này thì bộ truyền xích có thể đáp ứng tốt. Xe thiết kế cần hiệu suất truyền động cao do động cơ phải truyền công suất qua cụm vi sai rồi mới đến hai bánh xe chủ động, nên chọn bộ truyền nào có hiệu suất truyền động cao. Một yêu cầu quan trọng trong việc thiết kế xe máy vận chuyển ở nơng thơn là giảm tính phức tạp của các cụm chi tiết, vậy nên chọn
bộ truyền có kết cấu nhỏ gọn. Qua phân tích trên ta thấy bộ truyền xích có thể đáp ứng tốt hơn những yêu cầu đặt ra của xe, vậy ta chọn bộ truyền xích để lắp trên xe thiết kế.
9.1.4.Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền động cơ khí.
- Hệ thống truyền động chung trên toàn bộ xe này bao gồm những phần chính sau: 10 14 13 12 11 6 5 9 7 8 3 1 2 4 Hình 9.1.Sơ đồ hệ thống truyền lực .
1-Động cơ; 2, 5-Ổ đỡ trục dẫn động trung gian, 3- Đĩa xích chủ động, 4, 8-Ổ đỡ trục gắp, 6- Đĩa xích trung gian; 7- Trục dẫn động trung gian; 9- Trục gắp; 10- Gắp; 11- Đĩa xích bị động ;12-Thùng xe; 13-Bánh xe chủ động.
9.2. Chọn loại xích vă tính tơn bộ truyền xích
Sau khi phân tích, chọn loại truyền động cho xe máy 3 bánh và bước tiếp theo là tính chọn bộ truyền xích. Tổng số bộ truyền xích trên xe là 3 bộ, bộ xích truyền momem từ động cơ đến vi sai và hai bộ từ trục ra vi sai đến hai bánh xe chủ động. Để giảm tính phức tạp trong việc thiết kế xe, đồng thời tận dụng những chi tiết, cụm chi tiết thiết kế sẵn trên thị trường ta có thể lựa chọn bộ truyền xích phù hợp với xe thiết kế. Tuy nhiên ở đường truyền momem từ động cơ đến vi sai, ở đây tốc độ góc giảm 1,5
Thiết kế xe ba bânh chạy bằng biogas phục vụ vận chuyển ở nông thôn.
lần nên cần thiết phải tính tốn thiết kế đĩa xích lắp trên vi sai. Ngồi việc chọn bộ truyền xích cho xe thiết kế, ta phải tính tốn thiết kế đĩa xích lắp trên vi sai.
9.2.1.Chọn loại xích và bộ xích dẫn động hai bánh xe sau.
Có 3 loại xích : Xích ống, xích con lăn, xích răng, ta có thể chọn một trong ba loại xích này, từng loại xích có những đặc điểm sau:
9.3.2.1. xích ống.
Đơn giản, giá thành hạ và khối lượng giảm vì khơng dùng con lăn, nhưng cũng vì thế mà bản lề mịn nhanh. Nên chỉ dùng xích ống cho các bộ truyền khơng quan trọng và yêu cầu khối lượng nhỏ.
9.3.2.2. xích răng.
Có ưu điểm là khả năng tải lớn, làm việc êm nhưng chế tạo tương đối phức tạp và giá thành đắt nhất, do vậy chỉ dùng xích răng khi vận tốc xích trên 10 đến 15m/s.
9.3.2.3. xích ống - con lăn.
Gọi tắt là xích con lăn, về kết cấu thì giống như xích ống, chỉ khác ở phía ngồi ống lắp thêm con lăn, nhờ đó có thể thay thế ma sát trượt giữa ống và răng đĩa (ở xích ống) bằng ma sát lăn giữa con lăn và răng đĩa ( ở xích con lăn). Kết quả là độ bền mịn của xích con lăn cao hơn xích ống, chế tạo nó khơng phức tạp bằng xích răng, do đó xích con lăn được dùng khá rộng rãi. Nó dùng thích hợp khi vận tốc làm việc dưới 10 đến 15m/s. Nên ưu tiên dùng xích một dãy, nhưng ở các bộ truyền quay nhanh, tải trọng lớn nếu dùng xích 2, 3 hoặc 4 dãy sẽ làm giảm tải trọng động và kích thước khuôn khổ của bộ truyền.
Trong những loại xích đã nêu ở trên ta chọn loại xích con lăn, cụ thể là loại xích con lăn dùng trên xe máy loại xe Wave 100cc.
Hình 9.2.Xích con lăn- xe máy Wave 100cc .
9.2.2.Các thông số cơ bản của xích con lăn - xe máy Wave 100cc.
Sau khi khảo sát xích con lăn của xe máy Wave 100cc ta có các thơng số cơ bản được thể hiện ở hình 9.3, bảng 9.1.
Hình 9.3.Các thơng số kích thước cơ bản của xích con lăn- xe máy Wave 100cc.
Bảng 9.1.Các giá trị kích thước cơ bản của xích con lăn- xe máy Wave 100cc.
Bước xích p,mm Kích thước, mm Tải trọng phá hỏng Q, kN Khối lượng một mét xích q1,kg B d0 dl h b 9.2.3.Tính tốn bộ truyền xích.
Thiết kế xe ba bânh chạy bằng biogas phục vụ vận chuyển ở nông thôn.
9.2.2.1. Khoảng cách trục và số mắt xich.
+ Khoảng cách trục nhỏ nhất bị giới hạn bởi khe hở nhỏ nhất cho phép giữa các đĩa xích ( 3050 mm ).
amin = 0,5( da1 + da2) + ( 3050). (9.1).
+ Mặt khác để tránh lực căng quá lớn do trọng lượng bản thân xích gây nên, khoảng cách trục không nên quá lớn, a ≤ amax = 80p. (9.2).
+ Chọn sơ bộ : a = ( 3050)p.
Trong đó, hệ số nhỏ khi tỷ số truyền u = 12, và hệ số lớn khi tỷ số truyền u = 67. + Chọn a = 30p = 3012,7 = 381 (mm). Từ khoảng cách trục a = 381 (mm), ta xác định được số mắt xích x: x = 2a/p + (Z1 + Z2)/2 + (Z2 - Z1)2 p/(4π2a). (9.3). x = 2.381/12,7+ (14 + 21)/2 + (21 - 14)2 .12,7/(4π2.381) = 77,5 (mm) x = 77,5 (mm), chọn xc = 78 mắt xích.
+ Xác định lại khoảng cách trục a theo số mắt xích chẵn xc: a* = 0,25p[ xc - 0,5(Z1 + Z2) + [ 0,5( )] 2[( )/ ]2] 1 2 2 1 2 Z Z Z π Z xc − + − − . (9.4). a* = 0,25.12,7[ 78 - 0,5(14 + 21) + [78−0,5(21+14)]2 −2[(21−14)/π]2] a* = 384 (mm).
+ Kiểm nghiệm số lần va đập của bản lề xích trong một giây : i = Z1n1/(15x)≤ [i] (9.5).
i = 14.2057/15.78 = 24,6.
Bảng 9.2.Số lần va đập cho phép [i] của các loại xích. Loại xích Số lần va đập cho phép [i], l/s, khi bước xích p, mm.
12,7 15,875 19,05 25,4 31,75 38,1 44,45 50,8 xích ống và
xích con lăn 60 50 35 30 25 20 15 15
Xích răng. 80 65 50 30 25 20 20 20
Với bước xích p = 12,7 (mm), có được [i]= 60 (lần/s). Vậy i = 24,6 < [i]= 60.
9.2.2.2. Kiểm nghiệm xích về độ bền.
Các bộ truyền xích bị quá tải lớn, khi mở máy hoặc thường xuyên chịu tải trọng va đập trong quá trình làm việc cần tiến hành kiểm nghiệm về quá tải theo hệ số an toàn [1]. s = Q/(kđFt+Fo+Fv)≥ [s] (9.6)
Trong đó:
+ Q- tải trọng phá hỏng, theo bảng 9.1 có Q = 18200 (N).
+ kđ- hệ số tải trọng động, kđ = 1,2 (chọn theo chế độ tải trọng mở máy bằng 1,5 lần tải trọng danh nghĩa).
+ Ft- lực vòng, Ft = 1000P/v. (9.7).
Ở đây: P- công suất động cơ, P = 4,8 (kW).
v- vận tốc xích, v = Z1.p.n1/60000 = 14.12,7.2057/60000 = 6,09 (m/s).
⇒ Ft = 1000P/v = 1000. 4,8/6,09 =788,177 (N). Vậy Ft = 771,75 (N).
+ Fv- lực căng do lực li tâm sinh ra, Fv = q1.v2. (9.8). Ở đây: q1- khối lượng một mét xích, q1 = 1,25 (kg). v- vận tốc xích, v = 6,09 (m/s).
⇒ Fv = 1,25.6,092 = 43,36 (N). Vậy Fv = 43,36 (N).
+ Fo- lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra, Fo = 9,81.kf.q1.a. (9.9). Ở đây: q1- khối lượng một mét xích, q1 = 1,25 (kg).
Thiết kế xe ba bânh chạy bằng biogas phục vụ vận chuyển ở nông thôn. a- khoảng cách trục, a = 384 (mm).
kf- hệ số phụ thuộc độ võng f của xích và vị trí bộ truyền, chọn kf = 4 ứng với bộ truyền xích nghiêng một góc nhỏ hơn 40o so với phương ngang. ⇒ Fo = 9,81.kf.q1.a = 9,81.4.1,25.0,384 =40,9 (N). Vậy Fo = 40,9 (N).
Thay các giá trị tính được vào biểu thức 9.6 ta được kết quả sau:
s = Q/(kđFt+Fo+Fv)≥ [s] ⇒ s = 18200/(1,2.771,5+40,9+43,36) =17,99 ⇒ s = 17,99.
Tra bảng 5.10 [1], với n = 2000 v/p ứng với bước xích p =12,7 có [s] =14,8. Vậy s =17.99 >[s], thoả mãn điều kiện bền.
9.2.2.3. Xác định các thơng số của đĩa xích và lực tác dụng lên trục.
+ Cấu tạo đĩa xích [2]:
Hình 9.4: Các thơng số kích thước cơ bản của đĩa xích. + Đường kính đĩa xích [1]:
-d = p/sin(π/z). ( 9.10).
d =12,7/sin(π/21) =85,2 (mm). Vậy d =85,2 (mm). -da= p[0,5+ cotg(π/z)]. (9.11).
da=12,7[0,5+ cotg(π/2)] =90,6 (mm).Vậy da =90,6 (mm). -df = d-2r. (9.12). với r = 0,5025dl +0,05 = 0,5025.7,75+ 0,05 = 3,944 (mm). ⇒ df = d-2r =85,2 -2.3,994 =77,312 (mm). Vậy df =77,312 (mm). d da b d f
+ Xác định chiều rộng răng đĩa b. [2], b =0,93B -0,15. (9.13). ⇒b =0,93.6,7 -0,15 =6,08 (mm). Vậy b =6,08 (mm).
+ Xác định lực tác dụng lên trục [1], Fr =kx.Ft (9.14).
Fr =kx.Ft =1,15.788,17 =906,403 (N), trong đó chọn kx =1,15 ứng với bộ truyền xích nghiêng một góc nhỏ hơn 40o. Vậy lực tác dụng lên trục Fr = 906,403(N).
9.3. Bộ vi sai
9.3.1.Công dụng.
Vi sai là một cơ cấu trong hệ thống truyền lực dùng để phân phối mơmem truyền đến nó
cho các bán trục đảm bảo cho các bánh xe quay với tốc độ góc khác nhau và tránh cưỡng bức các chi tiết, gây mòn lốp khi quay vòng , khi xe chuyển động trên mặt đường khơng bằng phẳng, tăng tính ổn định cho xe. Đối với loại xe máy vận tải 3 bánh, một dẫn hướng và 2 bánh xe chủ động thì cơng dụng của bộ vi sai càng rõ ràng hơn. Nếu ta dùng một trong hai bánh xe sau làm bánh xe chủ động thì xe sẽ mất tính ổn định lái một cách rõ rệt, tay lái có xu hướng lao về phía bánh xe sau khơng chủ động.
Khi xe quay vịng thì hai bánh xe sau có sự chênh lệch vận tốc khá lớn, nếu khơng dùng vi sai thì hai bánh xe sau sẽ chóng mịn.
9.3.2.Chọn bộ vi sai.
Hệ thống truyền động trên xe thiết kế sử dụng bộ truyền xích nên yêu cầu trong việc chọn vi sai có kết cấu nhỏ gọn, khối lượng nhỏ, hiệu suất cao. Hiện nay trên thị trường có nhiều loại vi sai có thể chọn, nhưng để chọn loại vi sai có kết cấu nhỏ gọn và phù hợp với xe thiết kế thì có các loại vi sai của loại xe tải nhỏ như LAMBRO,
DAIHATSU. Ta chọn bộ vi sai của xe LAMBRO do Ý sản xuất để cải tạo và lắp đặt trên xe thiết kế. Sau khi chọn bộ vi sai của xe LAMBRO ta phải cải tạo lại biên dạng của nó, bộ vi sai được nhận momem từ động cơ thơng qua bộ truyền xích, vậy đĩa xích
Thiết kế xe ba bânh chạy bằng biogas phục vụ vận chuyển ở nông thôn.
trung gian phải được lắp trên vi sai nên ngồi việc loại bỏ phần khối lượng khơng cần thiết trên vi sai ta cịn gia cơng 4 lổ ren để lắp đĩa xích.
Hình 9.5. Bộ vi sai.
9.3.3.Sơ đồ động và nguyên lý làm việc. + Sơ đồ động:
Hình 9.6: Sơ đồ động học vi sai.
1-Thân vi sai, 2-Đĩa xích lắp trên vi sai; 3,4-Ổ đỡ vi sai, 5- Trục dẫn động ra từ vi sai; 6- Bánh răng vệ tinh; 7- Bánh răng hành tinh.
90 25 18 130 35 90 4 2 1 6 7 5 3
+ Nguyên lý làm việc:
Khi chuyển động thẳng trên đường bằng phẳng , quãng đường lăn của hai bánh xe bằng nhau, nếu lực cản trên hai bánh xe như nhau sẽ làm cho các bánh răng bán trục quay cùng tốc độ , như vậy bánh răng hành tinh khơng quay quanh trục của nó mà chỉ quay quanh các bán trục . Mômen truyền xuống từ vỏ vi sai cân bằng với mômen cản lăn tại vết tiếp xúc của bánh xe, tức là:
nt= np= no và Mt= Mp = 0,5Mo (Hình 9.7a) Trong đó :
nt , np , no tốc độ quay của bánh xe trái, phải và vỏ vi sai [vịng/phút] Mt , Mp , Mo mơmen trên bánh xe trái, phải và vỏ vi sai [N/m].
Khi đi trên đường vòng, quãng đường lăn của các bánh xe khác nhau, các bánh răng bán trục quay với tốc độ góc khác nhau, hoặc lực cản của các bánh xe khác nhau dẫn đến tốc độ góc các bánh răng bán trục cũng khác nhau. Như vậy bánh răng hành tinh vừa quay quanh trục của nó với tốc độ góc ωht và quay quanh đường tâm trục của bánh răng bán trục với tốc độ Vht ( Hình 9.7b) mơmen truyền xuống từ vỏ vi sai cân bằng với mômen cản đặt
Bánh răng bán trục Bánh răng hành tinh V p Vht Vt V p Vht Vt ωht Mp/rb Mht Mt/rb (Mt+ Mt)/rb
Hình 9.7. Quan hệ động học và động lực học vi sai côn đối xứng a. Khi đi thẳng Vt = Vp; b. Khi quay vòng Vt ≠ Vp; c. Quan hệ lực của bánh
răng vi sai
Thiết kế xe ba bânh chạy bằng biogas phục vụ vận chuyển ở nông thôn.
tại tâm trục của bánh răng vi sai Mt+ Mp. Trên bánh răng vi sai, do sự không cân bằng của các lực ăn khớp tạo nên mômen quay bánh răng vi sai xung quanh trục của nó với giá trị bằng Mt - Mp. Mơmen cịn lại bằng giá trị Mp tác dụng cho cả các bánh răng bán trục hai bên ( Hình 9.7c) như vậy Mt = Mp.
Nếu np= 2n0 ( Hình 9.7b) thì nt= 0 và khi đó bánh xe phải quay gấp đơi, cịn bánh xe trái không quay. Mặt khác bánh xe bên phải có lực cản rất nhỏ coi như bằng 0. Mt = 0 (Hình 9.7c) thì Mt=Mp= 0. Do đó xe khơng cịn khả năng khắc phục lực cản đường.
+ Đặc điểm kết cấu:
Kết cấu vi sai được trình bày trên hình bên dưới. Gồm có hai bánh răng hành tinh, hai bánh răng bán trục, vỏ vi sai đúc liền, trục vi sai được lắp trên vỏ vi sai, để bơi trơn vi sai thì trên thân vi sai được vát hai bên (có thể nhìn thấy các bánh răng ), đây là nơi để ta tra mỡ bôi trơn các bánh răng. Giữa các mặt tựa của bánh răng bán trục và vỏ vi sai đặt các tấm đệm đồng, để giảm ma sát và để dễ đặt đúng các bánh răng vi sai, nhờ