đồ án nghiên cứu thiết kế, tính toán trục các đăng khác tốc trên ô tô con

MỤC LỤC CHƯƠNG I TÌM HIỂU CHUNG VỀ TRỤC CÁC ĐĂNG KHÁC TỐC TRÊN XE CON 3 1 Giới thiệu chung 3 1 Nhiệm vụ 3 1 2 Sơ đồ vị trí và sơ đồ kết cấu của trục các đăng trong truyền lực ô tô 4 a Sơ đồ vị trí 4 b[.]

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : TÌM HIỂU CHUNG VỀ TRỤC CÁC ĐĂNG KHÁC TỐC TRÊN

XE CON……… ……… ……….………… 3

1 Giới thiệu chung……….……… 3

1 Nhiệm vụ……….… 3

1.2 Sơ đồ vị trí và sơ đồ kết cấu của trục các đăng trong truyền lực ô tô.…… ……4

a Sơ đồ vị trí……… 4

b Sơ đồ kết cấu của trục các đăng 1.3 Phân loại……….….………… 7

1.4 Yêu cầu……….……….…….…… 8

2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khớp các đăng khác tốc….…….………… 8

2.1 Cấu tạo……….….………… … ……

2.2 Nguyên lý và quan hệ động học 9

2.3 Bố trí trục truyền với các đăng khác tốc trên ô tô……… 12

a) Trục truyền cơ sở với hai khớp các đăng……….……….………… 1 3 b) Trục truyền ba khớp có ụ đỡ mềm, trục truyền một khớp với khớp nối mềm 14

CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH KẾT CẤU TRỤC CÁC ĐĂNG ĐƯỢC GIAO……….…… 17

1.Sơ đồ kết cấu……… ………

2 Một số đặc điểm về cấu tạo và công dụng……….18

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM……….………… 20

KẾT LUẬN……… ………… 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

LỜI NÓI ĐẦU

Trước yêu cầu phải đẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa của nhà nướcđối với ngành Cơ khí nói chung, ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô nói riêng Chúng taphải đẩy mạnh nghiên cứu, tìm hiểu đưa ra những phương án thiết kế, chế tạo ra những sản phẩm cung cấp cho thị trường Có như thế nền công nghiệp nước ta mới thực sự được phát triển

Hệ thống các đăng trong cơ khí có rất nhiều ứng dụng quan trọng, đặc biệt trong ngành Ô Tô Nghiên cứu và phát triển chế tạo nó là một bước đi lớn trong nền

Cơ khí hiện nay Vì vậy, sau thời gian học tập tại trường Đại Học Kinh Doanh & Công Nghệ Hà Nội, dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn của thầy Phạm Hữu Nam, thầy

Đỗ Ngọc Nguyên, thầy Lưu Tuấn Hải và thầy Lê Hoàng Long, em đã chọn và được

giao làm đề tài đồ án:“ Nghiên cứu thiết kế, tính toán trục các đăng khác tốc trên

ô tô con”.

Được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Công Nghệ Kỹ Thuật Ô

Tô trường Đại Học Kinh Doanh & Công Nghệ Hà Nội, đặc biệt là sự hướng dẫn tậntình của thầy Phạm Hữu Nam, giúp em hoàn thành đồ án môn học này Do những hạn chế về tài liệu, thời gian nghiên cứu và kinh nghiệm thực tế nên đồ án của em khó tránh khỏi được những sai sót và khiếm khuyết Em rất mong nhận sự chỉ dẫn tận tình của thầy cô và sự góp ý chân thành của các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I : TÌM HIỂU CHUNG VỀ TRỤC CÁC ĐĂNG KHÁC TỐC

- Ngoài ra trục các đăng còn có nhiệm vụ cụ thể như:

+ Nối giữa mặt bích hộp số với cầu chủ động

+ Nối giữa hộp số phụ đến cầu xe, sử dụng trong những xe ô tô có động cơ đặt phía trước dẫn động cầu sau

1.2 Sơ đồ vị trí và sơ đồ kết cấu của trục các đăng trong truyền lực ô tô

a Sơ đồ vị trí

Hình 1.2 Sơ đồ vị trí của trục các đăng trong hệ thống truyền lực ô tô

- Trên hình 1.2 trục các đăng nối giữa hộp số (màu đỏ) và cầu chủ động (màu

vàng) nhằm truyền momen xoắn từ động cơ phía trước xuống hai bánh xe phíasau

- Nhờ có bộ truyền động các-đăng, mọi khó khăn nói trên đã được giải quyết triệt

để Đồng thời việc bố trí, lắp đặt các cụm trên ôtô được thuận tiện, dễ dàng Cóthể ví bộ truyền động các-đăng khá giống như đường ống dẫn khí, dẫn thủy lựchoặc đường dây điện đi khắp các nơi cần thiết trên ôtô Với bộ truyền động các-đăng thì không những chỉ truyền lực mà còn truyền được cả mô-men

b Sơ đồ kết cấu của trục các đăng

Hình 1.3 Kết cấu cụm trục các đăng

- Trục các đăng là một ống thép các bon đủ bền, để chịu được lực xoắn và uốn.Hai đầu ống được hàn nạng khớp các đăng Thông thường trục các đăng là mộtđoạn ống có hai khớp các đăng ở hai đầu Thỉnh thoảng người ta dùng loại cácđăng 2 đoạn, 3 đoạn nối với nhau bởi vòng bi đỡ trục các đăng, thiết kế như vậy

để giảm rung động và tiếng ồn

- Các nạng các đăng được chế tạo liền với các mặt bích dùng để nối truyền độngcác đăng với các bộ phận khác (hộp số và cầu chủ động)

- Mối ghép then hoa dạng trượt được chế tạo từ thép hợp kim 20, 15, 12 và tôithấm ni tơ với độ sâu tới 1.2mm, hoặc bằng thép các bon 55 tôi bề mặt bằngdòng điện cao tần Độ cứng bề mặt sau khi gia công xong phải đạt 61÷64 HRCtại các vị trí lắp ổ bi

- Trục chữ thập

- Tại các đầu của trục chữ thập có lắp các cốc 4 cùng với viên bi kim 2, các viên

bi được chặn bởi vòng hãm 5 Ổ bi được làm kín bởi nhờ vòng đệm 6 Ổ bi củakhớp chữ thập được bôi trơn bằng cách bơm mỡ qua vú mỡ ở giữa khớp và theocác lỗ khoan trong các trục chữ thập

- Thân trục các đăng có dạng ống với các nạng được hàn vào các đầu trục hoặcmột đầu có nạng còn đầu kia là then hoa Các ống của trục các đăng được chếtạo từ thép tấm bằng cách uốn tròn thành ống và hàn mép hoặc sử dụng dạngthép hình ống chuyên dụng Vật liệu chế tạo trục là thép các bon thấp (thép 20).Đường kính của trục các đăng thường được tiêu chuẩn hóa Các then hoa đượcchế tạo từ thép hợp kim 40X và tôi cao tần để đạt độ cứng bề mặt từ 44,5÷46,5HRC

- Trục các đăng cần được cân bằng động để giảm tối đa rung động khi nó làmviệc Nếu truyền động các đăng có 2 trục thì việc cân bằng động phải được thựchiện đồng thời cho cả 2 trục Trong quá trình cân bằng động, để tạo đối trọngngười ta thường hàn thêm các tấm kim loại lên thân trục các đăng ở vị trí mấtcân bằng

1.3 Phân loại

- Theo công dụng:

+ Trục các đăng nối giữa hộp số phân phối với cầu xe

+ Trục các đăng nối giữa cầu xe với bánh xe

+ Trục các đăng dẫn động cơ cấu phụ

- Theo kết cấu:

+ Loại có khớp dạng trục chữ thập

+ Loại khớp dạng bi

+ Loại khớp đàn hồi cho phép làm việc ở góc truyền giới hạn

1.4 Yêu cầu

- Đảm bảo độ đồng đều tốc độ giữa trục vào và trục ra

- Độ rung và độ ồn trong quá trình làm việc là tối thiểu

- Tuổi thọ cao

phải giảm tải trọng do momen quán tính sinh ra đến một trị số đảm bảo an toàn

trình làm việc khi trục chủ động và bị động lệch với nhau một góc bất kì để đảm bảo hai trục quay cùng tốc độ

2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khớp các đăng khác tốc

2.1 Cấu tạo

Hình 2.1 Cấu tạo của khớp các đăng khác tốc kiểu Hooke

- Cấu tạo của một khớp các đăng khác tốc kiểu Hooke trình bảy trên hình 2.1

Khớp được bố trí truyền mô men với góc nghiêng truyền lực β thay đổi Cấu tạocủa khớp bao gồm trục chủ động 1 và trục bị động 2 Trục chữ thập 4 được lồngvào các lỗ trên hai nạng trục 3, thông qua các cốc 5 và ổ con lăn 6 Các vòng chặn

9 giúp định vị các cốc bị 5 và trục chữ thập trong các nạng trục

Hình 2.2 Sơ đồ khớp không gian

- Sơ đồ khớp không gian được mô tả trên hình 2.2 Khi trục chủ động 1 quay

với một góc α1 nào đó, trục chữ thập 3 chuyển động quay theo và làm trục bịđộng 2 quay với góc α2.

- Nếu góc nghiêng giữa 2 đường tâm trục β = 0, vận tốc tức thời ω1 = ω2, haitrục có tốc độ bằng nhau Nếu tồn tại góc nghiêng giữa các đường tâm trục β

≠ 0, quan hệ của hai góc quay trên trục là:

- Sai lệch góc quay :

- Phụ thuộc vào góc quay α1 với chu kì 180 và góc nghiêng β Khi β càng⁰lớn sự sai lệch α2 - α1 càng lớn Vận tốc góc được xác lập nhờ đạo hàm củagóc quay α2, α1 theo thời gian:

Hình 2.3 Quan hệ (α2 - α1) , (ω2/ω1) với các giá trị β khác nhau theo góc quay α 1

- Đồ thị biểu dễn quan hệ (α2 - α1), (ω2/ω1) khi vận tốc góc quay ω1 = const, mô tả

trên hình 2.3 Như vậy trục bị động sẽ quay không đều khi trục chủ động quay đều Khớp các đăng Hooke này được gọi là khớp các đăng khác tốc

Hình 2.4 Bố trí trên ô tô

- Trục truyền trên ô tỏ thường bố trí hai khớp các đăng khác tốc nối với nhau

bởi thân trục dài và góc nghiêng β giới hạn nhỏ hơn 30°, như sơ đồ trên hình

2.4 Để đảm bảo khả năng quay đều của trục bị động ω3, (khi ω1 quay đều),

kết cấu bố trí góc nghiêng β1 = β2 và thân trục có chiều dài thay đổi Khi

ω1 = const ω2 ≠ const, khớp các đăng thứ hai tạo nên sự bù góc quay và đảmbảo ω3 = const

- Đoạn thân trục nối hai khớp (khi làm việc quay với vận tốc góc biến đổi ω2)

là chi tiết luôn phải chịu tải trọng động tác dụng tuần hoàn, đặc biệt ở sốvòng quay cao, nên dễ bị hư hỏng bởi mỏi và mài mòn khớp then hoa ditrượt

2.3 Bố trí trục truyền với các đăng khác tốc trên ô tô

- Cấu tạo của các trục truyền sử dụng khớp các đăng khác tốc (Hooke, hình 2.1) nối giữa các cụm trên ô tô phụ thuộc vào chiều dài và góc nghiêng

truyền lực nối các cụm, với nhiều dạng cơ bản như sơ đồ bố trí trên hình

2.5, trục truyền cơ sở với hai khớp các đăng (a), trục truyền hai khớp bố trí

lệch nhau (b), trục truyền hai khớp không có thân trục (c) , trục truyền bakhớp có ụ đỡ mềm (d) , trục truyền một khớp có khớp nối mềm (e)

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí Trục các đăng khác tốc K: Các khớp các đăng kiểu Hooke

β: Các góc nghiêng truyền động

Um: Ụ đỡ mềm

Km: Khớp nối đàn hồi

a) Trục truyền cơ sở với hai khớp các đăng

Trục truyền sử dụng hai khớp các đăng khác tốc K1, K2 nối với nhau bởi thân trục

3 (hình 2.6a).

Chiều dài thân trục tùy thuộc vào khoảng cách giữa các cụm Trên thân trục bố trí khớp then hoa 4 di trượt cho phép thay đổi chiều dài của trục khi trục truyền làm việc Để đảm bảo khả năng đồng tốc giữa trục chủ động và bị động cần bố trí pha của góc quay các khớp các đăng bằng nhau (α2 = α1), hai khớp được bố trí trên cùng mặt phẳng Trên thân trục ở chỗ lắp then hoa có vạch dấu lắp ráp

Thân trục được cân bằng tĩnh và cân bằng động tốt Sự mất cân bằng khối lượng có thể gây đứt thân trục truyền ở số vòng quay nguy hiểm

Các trục chữ thập nằm trong nạng vừa quay và vừa truyền tải động, ổ con lăn 8 nhỏ giúp giảm ma sát trong không gian, và được bôi trơn theo định kỳ, hoặc một lần khi lắp ráp Trong thân trục chữ thập 12 có khoan các đường dẫn 13 từ vú mỡ đến bôi trơn ổ

Trên nhiều HTTL của ô tô tải có góc nghiêng truyền lực lớn, cụm động cơ hộp số, cụm cầu chủ động được bố trí sao cho có thể giảm góc nghiêng của trục truyền

nhằm hạn chế tải trọng động và nâng cao tuổi thọ của trục truyền (hình 2.6d) Kết

cấu trục truyền cơ sở có hại khớp các đăng được sử dụng để nối cụm động cơ với cầu xe, hộp số với hộp phân phối, nối truyền lực giữa các cầu trên ô tô nhiều cầu chủ động, nối hộp số với các hộp thu công suất

Hình 2.6 Trục các đăng khác tốc kiểu Hooke K: Các khớp các đăng

Trên hình 2.7 trình bày dạng bố trí trục truyền cho ô tô vận tải thân dài sử dụng 3

khớp các đăng và một ụ đỡ mềm Trục gồm 2 đoạn thân trục 3 và 4 nối với nhau thông qua mặt bích 8 của trục Đoạn trục thứ nhất được bố trí song song với trục dọc của xe và đặt trong ụ đỡ mềm Um Khớp K1 đóng vai trò bù các góc do biến

dạng của khung xe và ụ đở mềm Đoạn trục thứ hai có cấu tạo là một trục truyền cơ

sở hai khớp các đăng K2, K3 thực hiện chức năng đảm bảo vận tốc trên trục cầu xe (trục bị động) luôn bằng vận tốc trục hộp số (trục chủ động)

Trên hình 2.8 trình bày dạng bố trí trục truyền cho ô tô con có cầu sau chủ động

với góc nghiêng truyền lực (β) nhỏ Trục gồm 2 đoạn thân trục 3 và 4 nối với nhau thông qua khớp các đăng K1 Đoạn trục 3 được bắt với hộp số 1 nhờ khớp đàn hồi

Km Đoạn trục 4 nối giữa khớp K1 với cầu xe 2 bằng mặt bích 5 Cầu xe bố trí liên

kết với khung vỏ, nên sự biến dạng của giá đỡ mềm Um rất nhỏ Toàn bộ trục truyền được coi bố trí liên kết với khung vỏ Khớp các đăng K1 giúp cho trục truyền ít chịu ảnh hưởng của biến dạng Kết cấu trục truyền như vậy được sử dụng cho liên kết bánh xe với khung vỏ nhờ hệ thống treo độc lập.

Hình 2.8 Trục truyền một khớp các đăng với khớp nối mềm

CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH KẾT CẤU TRỤC CÁC ĐĂNG ĐƯỢC GIAO

- Thân các đăng : được chế tạo rỗng, khi sản xuất sẽ có dung sai chỗ dày chỗ

mỏng Khi quay trục sẽ bị đảo nên trọng tâm của thân các đăng sẽ không nằm ở chính giữa mà bị lệch trong không gian Trong sản xuất người ta sẽ cómáy đo để kiểm tra chỗ nào bị thiếu hụt Qua đó sẽ dán một tấm định vị (7) bằng thép để cân bằng động khi trục quay tròn

- Khớp trượt : + bên ngoài là mặt bóng dạng ống

+ bên trong sẽ có các rãnh then hoa(14) Các rãnh then hoa cócông dụng ăn khớp với các rãnh then hoa ở trên trục thứ cấp hộp số Khi trục thứ cấp quay thì làm cho khớp trượt quay theo Khi hoạt động khớp trượt chịu 2 lực (một là quay tròn hau là thụt vào thụt ra)

- Mối ghép then hoa (14) dạng trượt được chế tạo từ thép hợp kim 20, 15, 12

và tôi thấm ni tơ với độ sâu tới 1.2mm, hoặc bằng thép các bon 55 tôi bề mặt

bằng dòng điện cao tần Độ cứng bề mặt sau khi gia công xong phải đạt61÷64 HRC tại các vị trí lắp ổ bi.

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM

Bài tập: Cho biết các số liệu của xe du lịch: mô men

Memax=160 Nm, tỷ số truyền ih1=3,6

Các kích thước của chạc chữ thập bộ truyền các đăng:

H=57,2mm, l=11,7mm; d=14,7 mm; r=(H-l)/2

Các kích thước của nạng: đường kính lỗ d=15mm;

khoảng cách từ đường tâm cổ trục lắp ổ bi tới mặt đầu

của nạng H=33 mm; kích thước của tiết diện nguy

hiểm: rộng b=17 mm, chiều dài l=50 mm, cánh tay

đòn c = 30 mm, cánh tay đòn a = 15 mm Khi tính, lấy

Các ngõng của trục chữ thập được tính kiểm tra bền uốn và cắt dưới dạng tác

dụng của một lực, tập trung tương đương tại ngõng:

Ta có: r =

¿ > ¿ Fn = = 2.0,02275160 = 3516N

Trong đó:

2r là khoảng cách giữa các ổ bi kim nằm đối xứng

Fn là lực (coi lực đặt giữa ô bi, tại điểm B)

Hình 3.1 Sơ đồ lực tác dụng lên chốt chữ thập

Fn

r

Dưới tác dụng của lực Fn, tại mặt cắt A-A sẽ xuất hiện ứng suất uốn và cắt

 Ứng suất uốn (Mpa) tại tiết diện A-A

 σu = =

= 64.75Mpa Trong đó:

h là khoảng cách từ ổ bi đến mặt cắt nguy hiểm A-A

Wu mô men chống uốn, đối với ngõng không có lỗ bơm Wu = 0,1d3

d là đường kính mặt cắt ngang ngõng d = 14,7mm = 0,014m

σu ≤ [ σu] = 250÷300 Mpa => chi tiết đủ bền

 Ứng suất cắt (Mpa) tại tiết diện A-A

Hình 3.2 Sơ đồ lực tác dụng lên nạng các đăng

Nạng của trục các đăng dưới lực tác dụng của lực Fn, tại tiết diện A-A sẽxuất hiện ứng suất uốn và xoắn (hình 3.2)

vì là tiết diện hình chữ nhật nên Wu= bl2/6) c= 30mm = 0,03m (cánh tay đòn nạng các đăng)

b = 17mm = 0,017m (chiều rộng tiết diện hình chữ nhật)

l = 50mm = 0,05m (chiều dài tiết diện hình chữ nhật)

Fn

c

σu ≤ 50÷80Mpa => Thỏa mãn điều kiện bền uốn

τ ≤ 80÷160Mpa => Thỏa mãn điều kiện bền

KẾT LUẬN

Sau một thời gian làm việc tập trung , khẩn trương dưới sự hướng dẫn chỉ bảo củacác thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy Phạm Hữu Nam đến nay đồ án của em đã hoàn thành đúng thời hạn đảm bảo các nhiệm vụ được giao Qua quá trình làm đồ án đã giúp em làm quen với những công việc cụ thể của người kỹ sư trong tương lai, phương pháp làm việc độc lập, sáng tạo, khoa học, kỷ luật, đồng thời đỗ án đã giúp bản thân emcủng cố thêm các kiến thức đã được học cũng như học hỏi được nhiều kiến thức và kinhnghiệm quý báu Cuối cùng em xin cảm ơn thầy Phạm Hữu Nam, cùng các thầy trong

bộ môn đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này

Lê Quốc Cường

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Kết cấu ô tô - Bộ Môn Ô Tô-Viện Cơ Khí Động Lực - Trường Đại Học Bách Khoa