BÀI tập lớn đề tài TÍNH TOÁN THIẾT kế hộp số

a- Xác định tỷ số truyền số 1 :trị số của tỷ sốih1 đợc xác định theođiều kiện cần và đủ để ô tô khắc phục đợc lực cản lớn nhất và bánh xe chủ độngkhông bị trợt quay trong mọi điều kiện c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022

I SỐ LIỆU CHO TRƯỚC

- Loại xe ôtô : Xe tải

- Tải trọng định mfíc: 8225 (Kg)

- Độ dốc lớn nhất của mặt đường mà xe vượt được :αmax = 00

- Các số liệu còn lại tham khảo xe Zil 130

II NỘI DUNG CẦN HOÀN THÀNH:

- Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

-Tính toán lựa chọn bánh răng hộp số

Lời Nói Đầu

Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Ngành

cơ khí ôtô là một trong những ngành đang trong quá trình phát triển mạnh, với

nhiều nhà máy sản xuất tiên tiến mọc lên Ôtô ngày nay càng ngày càng được sfí dụng rộng rãi trong thực tế đời sống vì nhưng tiện ích mà nó mang lại Một trong

những bộ phận không thể thiếu của ôtô và ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điều

khiển ôtô,đó là hộp số Ngày nay, hộp số ôtô khá phong phú về chủng loại, về kếtcấu công nghệ Nhưng phổ biến nhất là hộp số truyền động cơ khí, các loại xe

chất lượng cao còn được trang bị hộp số tự động.Tuy có một số nhược điểm so

với hộp số tự động nhưng hộp số truyền động cơ khí vẫn có những ưu điểm và

được sfí dụng phổ biến trong các loại ôtô hiện nay Trong quá trình học tập tại

trường, qua các đợt thực tập trong lẫn ngoài truờng em đã lắm bắt được những

kiến thfíc cơ bản về hộp số, từ kết cấu đến công nghệ chế tạo cơ bản…từ những kiến

thfíc cơ bản có được em đã thực hiện thành công đồ án ô tô2 với đề tài “TÍNH TOÁN THIÉT KẾ HỘP SỐ”

Trong quá trình làm đồ án em đã được sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn, cùng cácthầy trong bộ môn, đã có những góp ý, hướng dẫn tận tình giúp em hoàn thành tốt

đồ được giao này

Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do tài liệu, năng lực có hạn nên chắc chắn đồ án

không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự góp ý của các thầy cùng các bạn để đề tài của em ngày được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn và tận tình giúp đỡ,hướng dẫn, tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

T

T

nộidung

trang

1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực 5

2 Tính toán các thông số cơ bản của bánh răng 8

Tài liệu tham khảo

1 Kết cấu và tính toán ôtô máy kéo

2 Lý thuyết ôtô máy kéo

3 Thiết kế chi tiết máy

5

CÁC THÔNG SỐ XE THAM KHẢO

ơn Vị

1 Kích thước bao(dài x rộng x cao) 3800*1800*2400 mm

3 Tỷ số truyền của hộp số 7,45:4,1:2,29:

1,475:1:7,26

4 Tỷ số truyền của truyền lực chính I0 = 6,32

12 Mômen xoắn cực đại của động cơ 415 N/m

15

Chọn sơ đồ trục

Chế độ đi số như sau:

Vị trí trung gian hay là số không thì các cặp bánh răng đồng tốc chưa vào ăn khớp , lúc này nếu trục vào 7 quay sẽ truyền sang trục 8 nhưng không truyền ratrục thư cấp

- Vị trí tay số 1

● Gài số : Dùng bánh răng di trượt sang trái để bánh răng 1’ ăn

khớp với bánh răng 1

● Dòng truyền công suất : Từ trục sơ cấp 7 đến cặp bánh răng a’a

đến trục trung gian 8 sang cặp bánh răng 1’1 rồi ra trục thfí cấp 9

- Vị trí tay số 2:

● Gài số : Gạt bộ đồng tốc 6 sang phải ăn khớp với bánh răng 2’

● Dòng truyền công suất : Từ trục sơ cấp 7 cặp bánh răng a’a trụctrung gian 8 sang cặp bánh răng 2’2 cuối cùng ra trục thfí cấp 9

- Vị trí tay số 3

● Gài số : Gạt bộ đồng tốc 6 sang trái ăn khớp với bánh răng 3’

● Dòng truyền công suất : Từ trụ sơ cấp 7 cặp bánh răng a’a trụctrung gian 8 sang cặp bánh răng 3’3 rồi ra trục thư cấp 9

- Vị trí tay số 4

● Gài số : Gạt bộ đồng tốc 5 sang phải ăn khớp với bánh răng 4’

● Dòng truyền công suất : Từ trục sơ cấp 7 cặp bánh răng a’a’trục trung gian 8 sang cặp bánh răng 4’4 rồi ra trục thư cấp 9

- Vị trí tay số 5:

● Gài số : Gạt bộ đồng tốc 5 song trái ăm khớp với bánh răngâ’

● Dòng truyền công suất : Từ trục sơ cấp 7 qua bộ đồng tốc 5sang trục thư cấp 9

- Vị trí tay số lùi :

● Gài số : Gạt bánh răng di trượt 1’ sang ăn khớp với bánh răng ZL2 + Dòng truyền công suất :Từ trục thfí cấp 7 đến cặp bánh răng a’a trục trunggian 8 cặp bánh răng ZL-ZL1 cặp bánh răng ZL2-1’ ra trục thfí cấp 9

I. XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC

1.2 : Tỷ số truyền lực chính của các tay số

Tỷ số truyền của truyền lực chính i0 đợc xác định đảm bảo cho ô tô đạt vậntốc lớn nhất, đợc xác định theo công thức :

Suy ra :nv = nn = 0,9.3200 = 2880 (v/p)

rb - bán kính trung bình làm việc của bánh xe : rb = 0,4488 (m)

( lấy ở xe tham khảo )

ifc - tỷ số truyền của hộp số phụ : ifc = 1

ihn - tỷ số truyền của hộp số chính ở số truyền thẳng :ihn = 1

Vmax - vận tốc lơn nhất của ô tô :Vmax = 83 Km/h

Từ công thức trên ta tính đợc i0= 5,87

Theo xe tham khảo ta chọn : i0= 6,45

1.3 : Tỷ số truyền hộp số chính

a- Xác định tỷ số truyền số 1 :trị số của tỷ sốih1 đợc xác định theođiều kiện cần và đủ để ô tô khắc phục đợc lực cản lớn nhất và bánh xe chủ độngkhông bị trợt quay trong mọi điều kiện chuyển động.

Memax=415.N.m ( Theo xe tham khảo )

:Chọn theo bảng VI trang 20 sách hớng dẫn lý thuyết ô tô máy kéo, chọn theo

điều kiện tốt: Đờng nhựa, khô =0,8

b - Xác định t ỷ số truyền của các số truyền trung gian:

Chọn số cấp trong hộp số: Hộp số cơ khí, số cấp số tiến n=5, một số lùi

Tỷ số truyền của các số truyền trung gian chọn theo quy luật cấp số

c - Tỉ số truyền của số lùi:

Trị số của tỉ số truyền lùi đợc chọn lớn hơn trị số của số truyền 1:

il = (1,2 - 1,3)ihl

Chän il = 1,2 ihl = 8.88

Các tay

số

h 5

1,6493

88

II. TÍNH TOÁN CÁC THễNG SỐ CƠ BẢN CỦA BÁNH RĂNG

2.1: Xác đinh khoảng cách giữa các trục

● Muốn chọn mô đun pháp tuyến của hộp số ta phải tính mô men

quay cực đại sinh ra ở trục thứ cấp :

M = M emax i h1.

Ở đây : Memax = 415 _mô men cực đại của động cơ (N.m).( theo xe tham khảo)

ih1 = 7,4 _ tỷ số truyền của tay số 1

_ hiệu suất của hộp số lấy trung bình 0,96

Ta cú M = 415 7,4 0.95 = 2948,16 2,9 (kN.m)

Ở ô tô vận tải vấn đề giảm tiếng ồn khi làm việc không yêu cầu cao nh ở

ô tô du lịch Vì thế khi chọn mô đun cho ô tô tải phải chú ý đến vấn đề giảm trọng lợng để giảm trọng lợng khi có cùng một khoảng cách trục thì nên tăng mô đun và giảm chiều rộng của răng theo bảng để chọn mô đun pháp tuyến của bánh răng hộp số ô tô ta chọn đợc và kết hợp vớ xe chọn theo kinh nghiệm của ô tô tải : 3,5 – 4,25

Ta lấy : m = 4,0

● góc nghiêng bánh răng

Đối với hộp số 3 trục bề rộng bánh răng để tính góc nghiêng của bánh răng : b

= ( 7 – 8 ) mn = 28

Góc nghiêng của bánh răng mà lớn thì tăng khả năng tải của bộ truyền và làmviệc êm dịu hơn, nhng góc nghiêng lớn quá thì sẽ tăng lực dọc trục , vì vậy taphải chọn góc nghiêng tối u theo tham khảo ta phải chọn góc nghiêng của xe tảitrong khoảng:

Giảm độ dài hộp số bằng cách giảm chiều rộng làm việc của bánh răng, khi

đó cần tăng khoảng cách trục để làm giảm lực tác dụng lên các bánh răng, nhng

điều đó làm tăng khối lợng hộp số Việc giảm chiều rộng răng cũng làm mất

u điểm của bánh răng nghiêng là ăn khớp êm dịu do hệ số trùng khớp giảm xuống Có thể bù hệ số trùng khớp bằng cách tăng góc nghiêng của bánh răng, Nhng khi đó làm tăng lực chiều trục lên các ổ bi Nếu chọn bề rộng làm việc của răng quá lớn thì cũng không hợp lý vì khi đó chiều dài của hộp số tăng lên,

để đảm bảo khối lợng của hộp số không thay đổi thì phải giảm khoảng cách trục điều này dẫn đến giảm độ cứng của các trục và giảm đờng kính ngoài của các ổ bi, trong khi tải trọng tác dụng lên các ổ và trục tăng lên Vì những lý do trên ta chọn khoảng rộng bánh răng theo công thức dới đây là hợp

lý trong điều kiện của các ổ bi và các vật liệu chế tạo cũng nh trình độ công nghệ hiện nay

bw = 0,22.aw = 0,22 140 = 30,8 ( mm )

Để tiện trong chế tạo ta chọn:

bw = 30 ( mm )

2.3: Xác định số răng của bánh răng tay số tiến

● Ta chọn số lợng răng bánh răng của bánh răng chủ động của bánh răng luôn

ăn khớp

Số lựơng răng của bánh răng chủ động trên trục sơ cấp chọn theo điều kiệnkhông cắt chân răng, nghĩa là Z > 13 và đủ chỗ cho ổ bi đở trục thứ cấptrong lòng bánh răng Ta lấy Z = 17 răng

Số lợng răng của bánh răng bị động đợc xác định theo công thức :

Suy ra :

Lấy ( răng )

Vậy tỷ số tryền của cặp bánh răng luôn ăn khớp :

● Xác định tỷ số truyền của các cặp bánh răngđợc cài số ở các số truyềnkhác nhau của hộp số

Ii =

Trong đó :

Vậy ta cú bảng số liệu sau

1,6581

1,0053 0,60

95

-● Xác định số lợng răng của các bánh răng dẫn động gài số ở trục

trung gian khi có khoảng cách trục không thay đổi :

Áp dụng công thức ta có bảng số liệu sau :

39,0893

32,1704

23,7719

-2.4: Xác định số răng của bánh răng tay số lùi

Từ sơ đồ thiết kế ta nhận xét tỷ số truyền của bánh răng số lùi đợc xác định

nh sau :

để chế tạo ta chọn :

2.5:Xác định lại chính xác tỷ số truyền và khoảng cách trục hộp số.

● Tỷ số truyền của hộp số khi đã chọn số răng của các bánh răng

2,7009

1,6621

5

● Tính chính xác khoảng cách giữa các trục theo số tăng của các cặpbánh răng đã chọn đợc:

đố với cặp bánh răng nghiêng tính theo công thức:

áp dụng theo công thức ta có bảng số liệu sau:

140,1878

140,1878

● Thay đổi góc nghiêng của các bánh răng

Thông thờng biện pháp này ngời ta ít dùng vì nó sẽ gây khó khăn cho công việc chế tạo và sửa chữa sau này

● Dịch chỉnh các bánh răng ăn khớp với nhau

Biện pháp này đợc dùng nhiều vì chúng ta có thể dễ dàng dịch chỉnh nhờ thay đổi khoảng cách giữa giao thanh răng và bánh răng cần chế tạo trong quátrình chế tạo

Tính toán dịch chỉnh góc bánh răng theo các bớc sau:

1, Xác định hệ số dịch chuyển các trục (hệ số hay đổi khoảng cách trục ):a

Căn cứ vào giá trị của ta tìm đợc giá trị của và

Dùa vµo c«ng thøc ta cã b¶ng kÕt qu¶.

0,001

0,001

0,001

0,001

0,001

0,001

0,001

0,001

- 0,01255

23,4136ztd’i 63,354

5

55,0908

44,0727

33,0545

63,3545

38,5636

Đối với bánh răng của cặp bánh răng số 4, có bánh răng chủ động lớn hơn 30 nên

ta không sử dụng dịch chỉnh mà ta thay đổi góc nghiêng của bánh răng

tính lại góc nghiêng của bánh răng :

2.7: Tổng hợp kết quả tính ta có bảng thông số cho các bánh răng sau

Bảng 1: Cặp bánh răng z1 và z1’.

d02=d2cos =189,750

7

Tû sè truyÒn i

Kho¶ng c¸ch

trôc khi

0

Kho¶ng c¸ch

trôc khi

8

Kho¶ng c¸ch

trôc khi

C«ngthøc

Gãc pr«fin a0s

a0s=arctag Bíc c¬ së t0 t0 = t.cos = 12,9591

ChiÒu cao r¨ng h h1=2,5ms- h0=9,9522 h2=2,5ms- h0=9,9215ChiÒu cao

C«ngthøc

Kho¶ng c¸ch

trôc khi

4

C«ngthøc

Trong đó:

: Trọng lợng bám của cầu ô tô =56424

:Hệ số bám lớn nhất =0,8

:Bán kính làm việc trung bình của bánh xê chủ động =448,8

:Tỷ số truyền của bộ truyền lực cuối cùng =1

:Tỷ số truyền của hộp số phụ =1

:Tỷ số truyền của truyền lực chính =6,32

Nh vậy mômen truuyền từ động cơ đến chi tiết đang tính nhỏ hơn mômentính theo điều kiện bám từ bánh xe truyền đến, do đó ta dùng mômen từ

nh R(

N)

híng

Lùctrô

c Q(

N)

chiÒu

lu«

n

¨n

33

đối với xe tải =2 2,5 ta chọn

Đối với bánh răng di trợt trên trục thứ cấp: kc=1,1

Đối với bánh răng luôn ăn khớp : kc=1

Do các cặp bánh răng luôn ăn khớp cho nên ta chọn : kc=1

ktp: Hệ số tảI trọng động phụ do sai số công nghệ

ktp=1,2 1,3 ta chọn ktp=1,2

kgc: Hệ số tập trung ứng suất tại góc lợn chân răng

kgc=1.1 Đối với bánh răng không mài góc lợn

suất gây gãy ( theo sức bền vật liệu)

ứng suất uốn răng thờng của các bánh răng họp số thờng nằm trong phạm vi sau:

ở các tay số 1 và 2 : 350-840 Mpa = 350-840 MN/m2

: ứng

ở các tay số 3 , 4, và 5: 150-400Mpa =150-400MN/m2

ở tay số lùi : 300-1200Mpa

trong các số liệu ở trên lấy với xe tải

E: Môđun đàn hồi của vật liệu

Đối với thép E= 2-2,2KG/cm2 Ta lấy E= 2.105MN/m2

b’: Chiều dài tiếp xúc của răng(m) b’=30mm

Khi đó ta có bảng kết quả sau

Kết quả này phù hợp với điều kiện ứng suất cho phép đối với bánh răng số 2,3,4 và cặp bánh răng luôn ăn khớp

Đối với bánh răng số 1 ta chon vật liệu 40XC theotiêu chuẩn nga thoả mãn độbền về tiếp xúc và độ bền uốn

Vay các bánh răng đủ bền

IV: Tính toán trục hộp số

4.1: Tính sơ bộ trục kích thớc hộp số

● Trục sơ cấp d1=5,3 =39,37

, để tiện cho quá trình chế tạo ta chọn d1=40mm

Để đảm bảo cứng vững và không gian lắp trục thứ cấp ta

chọn d1=60mm

-Trục trung gian : d2=0,45 =63mm

Để tiện cho quá trình chế tạo ta chọn : d2=65mm

Để đảm bảo độ cứng vững của trục cần thoả mãn điều kiện

sau d2/l2=0,16 0,18 ta đợc l2= 361 406mm

Ta chọn l2=360 theo xe tham khảo l2 là độ dài trục trung gian

- Trục thứ cấp : d3= 0,45 x = 63

để tiện cho quá trình chế tạo ta chọn d3= 65 mm

Để đảm bảo độ cứng vững của trục cần thoả mãn điều

Lực chiều trục Q(N)

54

14278

7 13

Mu là mômen chống uốn tổng hợp tại tiết diện nguy hiểm của trục

Mn : là mô men uốn trong mặt phẳng ngang (yoz)

Md: Mômen uốn trong mặt phẳng thẳng đứng(xoz)

Với trục đặc Wu=0,1d3

● Tính trục theo bền xoắn

Trong đó :Mz mômen xoắn trục

Wz-mômen chống xoắn, đối với trục đặc

Wz=0,2d3

- ứng suất uốn và xoắn tổng hợp

Biểu đồ lực của cặp bánh răng luôn ăn khớp

4.2.1: Đối với trục thứ cấp

Giả sử các phản lực tại các ổ lăn có chiều nh hình vẽ Ta có các phơng trình cân bằng lực và mô men nh sau

…vẽ hình

Đối với thép C45:

Dựa vào sơ đồ hộp số và công thức tính ta tính đợc các lực tác dụng lên trục là

Vị trí a(m

m)

L3(mm)

Mz(Nm)Gài số

Gµi s«

4

KiÓm nghiÖm vÞ trÝ gµi sè 1

BiÓu diÔn m«men uèn :

KiÓm nghiÖm vÞ trÝ gµi sè 2

BiÓu diÔn m«men uèn:

Kiểm nhiệm vị trí gài số 3.

Biểu diễn mômen uốn:

Kiểm nghiệm vị trí cài số 4

Biểu diễn mômen uốn

Dựa vào công thức tính độ bền uốnvà xoắn ta có các vị trí cài số khác nhau

nh sau:

Vị

trí

Mu(N) (MN/m2) (MN/m2) (MN/m2)Gài số

1

50Gài số

§é vâng t¹i ®iÓm C

Gãc xoay t¹i ®iÓm C

Trong đó

- R là lực hớng tâm tác dụng lên điểm C (N)

- M0 mômen uốn tại điểm C (N.m)

- a, b, l, là các khoảng cách đặt lực và chiều dài trục(m)

- E là mô men đàn hồi của vật liệu E= 2.105MN/m2

- J là mômen quán tính của tiết diện, đối với trục đặc ta xác định nhsau

với D đờng kính trục m

Do trên trục có nhiều lực và mômen tác dụng nên độ võng và góc xoay tạicác tiết diện bằng tổng đại số các độ võng và góc xoay tại tiết diện ấy

do từng lực và mô men riêng rẽ tác dụng

(mm)

(rad)Tiết diện bánh răng

4.2.2: Đối với trục trung gian

Giả sử các phản lực tại các ổ lăn có chiều nh hình vẽ Ta có phơng trình cân bằng lực và mômen nh sau

Y4(N)

3

5128

Mux1 M’

ux1

Muy 1

Mux 2

M’

ux2

Muy 2

4

155

873

333

786

-1108Gài

số2

159

2

7663

1724

-1125Gài

số3

999

-8713

5

19,9

-1062

512

966

-1126

-903

362

545

-1108

● Kiểm nghiệm vị trí cài số 1

Biểu diễn mômen uốn

Hình vẽnkđkglk

● Kiểm nghiệm vị trí cài số 2

Biểu diễn mômen uốn:

Hình vẽgkfgjlkg

● Kiểm nghiệm vị trí cài số 3

Biểu diễn mômen uốn:

Hình vẽ

● Kiểm nghiệm vị trí cài số 4

Biểu diễn mômen uốn:

Hình vẽ

Dựa vào công thức tính độ bền uốn và xoắn ta có kết quả ở các vị trí cài

số khác nhau nh sau:

vÞ trÝ

(MN/m

2)

Mu

1 (N)

2 (N)

4

So sánh với điều kiện :đối với thép C45: 0,8 =0,8.360

X5(N) Y5(N

)

Mux(Nm)

Muy(Nm)

Mz(NM)

Gµi

sè4

KiÓm nghiÖm vÞ trÝ cµi sè 1.

BiÓu diÔn m« men uèn:

Hình vẽ

Kiểm nghiệm vị trí cài số 2.

Biểu diễn mô men uốn:

Hình vẽ

Kiểm nghiệm vị trí cài số 3.

Biểu diễn mô men uốn:

Hình vẽ

Kiểm nghiệm vị trí cài số 4.

Biểu diễn mô men uốn:

Do tốc độ vòng quay của ổ bi (vg/p) nên ta tính đợc khả năng làm việccủa ổ

● Kt: hệ số tính đến ảnh hởng của chế độ nhiệt đến độ bền lâu của ổ

bi, hộp số thờng làm việc ở nhiệt độ dới 3980k, ta lấy Kt=1

● L: tuổi thọ tính theo triệu vòng L= Trong đó:

● nt: số vòng quay tính toán ổ bi (vg/p), số vòng quay tính toán xác địnhtheo tốc độ trung bình của ôtô ở số truyền thẳng (ih=1)

nt=

ht: thời gian làm việc của lăn (h)

ht=

S : quãng đờng chạy của ô tô gia 2 lần đại tu (km)

m: bậc của đờng cong mỏi khi thử ổ lăn ,m=3 đối với ổ bi, m=10/3 đối với ổ

: hệ số thời gian làm việc của ổ lăn ở các số truyền

đã cho trong hộp , tơng ứng với các giá trị ( 0,1,1, 3, 10,80(%)

: hệ số vòng quay , tính bằng tỉ số vòng quay của ổ lăn

ở các số truyền , 1,2,3,4, với số vòng quay tính toán (nt)

Với trục sơ cấp : , với mọi số truyền

Với trục thứ cấp , các hệ số lần lợt 7,3 ; 4,5 ; 2,7 ; 1,66; 1

Rq1, Rq2, …Rq4: tải trọng quy dẫn hớng kính tác dụng lên ổ lăn ở các số truyền 1,2,3,4,

Đối với bi cầu hớng kính : Rqn=A+mQ

A: tải trọng hớng kính tác dụng ổ lăn

*Trục thứ cấp :