Btl Nhóm 2 Pdf.pdf

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI  BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ TÍNH TOÁN TRÊN Ô TÔ Hà Nội 2022 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện Tên lớp Khóa BÀI TẬP LỚN NHÓM 2 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔ[.]

BÀI TẬP LỚN

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN

TRÊN Ô TÔ

Hà Nội 2022

Giảng viên hướng dẫn : ………

Sinh viên thực hiện : ………

Tên lớp : ………

Khóa : ………

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1: Các thông số kỹ thuật của xe tham khảo: 1

1.2: Giới thiệu chung về hộp số 1

1.2.1: Công dụng 2

1.2.2: Yêu cầu 2

1.2.3: Phân loại 3

1.2.4: Hộp số 2 trục 3

1.2.5: Hộp số 3 trục 7

1.2.6: Cơ cấu đồng tốc 7

1.2.7: Cơ cấu đồng tốc kiểu 2,3 mặt côn 12

1.2.8: Cơ cấu đồng tốc kiểu không có khóa 12

1.2.9: Cơ cấu chuyển số 13

1.2.10: Cơ cấu tránh ăn khớp kép 14

1.2.11: Cơ cấu tránh gài nhầm số lùi 16

1.2.12: Cơ cấu khóa chuyển số 17

1.2.13: Ống trượt gài số 17

1.2.14: Cơ cấu khóa số lùi 18

1.2.15: Cơ cấu dẫn động hộp số 19

1.2.16: Hộp số phụ 19

1.2.17: Hộp phân phối: 20

CHƯƠNG 2: TÍNH - LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 21

2.1: Tính toán thiết kế hộp số 21

2.1.1: Tính tỷ số truyền hộp số 21

2.1.2: Khoảng cách trục 22

2.1.3: Modun các bánh răng hộp số 22

2.1.4: Góc nghiêng răng β 22

2.1.5: Số răng của các bánh răng 23

2.1.6: Xác định lại chính xác tỷ số truyền và khoảng cách trục hộp số 25 2.2: Lựa chọn phương án thiết kế 27

2.2.1: Giới thiệu một số hộp số cơ khí thường được dùng trên ô tô hiện nay 27

2.2.2: Hộp số 3 trục 27

2.2.3: Hộp số 2 trục 30

2.2.4: Quan điểm thiết kế 32

2.2.5: Kết luận về phương án thiết kế 33

CHƯƠNG 3: KIỂM BỀN CÁC CHI TIẾT CƠ BẢN CỦA HỘP SỐ 38

3.1: Dịch chỉnh góc bánh răng 38

3.1.1: Giải pháp 38

3.1.2: Tính bền bánh răng 48

3.1.2.1: Chế độ tải trọng để tính toán hộp số 48

3.1.2.2: Tính bền bánh răng 50

3.2: Tính toán trục hộp số 53

3.2.1: Tính sơ bộ trục, kích thước trục hộp số 53

3.2.2: Tính bền trục 53

3.3: Tính toán ổ lăn 66

3.3.1: Tải trọng tác dụng lên ổ lăn trục thứ cấp 68

3.3.2: Đối với trục trung gian 70

3.3.3: Đối với trục sơ cấp 71

NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

LỜI NÓI ĐẦU

Hộp số là một trong những bộ phận quan trọng của hệ thống truyền lực trên ô

tô Nó làm nhiệm vụ biến đổi mô men theo điều kiện cản của mặt đường Ngày nay việc sử dụng hộp số tự động đang là xu thế của ngành công nghiệp ô tô, nhưng hộp số cơ khí vẫn được dùng phổ biến hiện nay, đặc biệt là trên các xe ô tô vận tải Đem lại nhiều lợi ích kinh tế cho người sử dụng

Trong bài tập lớn này Nhóm 2 chúng em được giao đề tài: tính toán thiết kế hộp số cơ khí cho xe tải (cụ thể: xe tải 5 tấn với xe tham khảo là xe Zil 130), có ứng dụng thiết kế 3D trên CATIA và đánh giá độ bền các chi tiết bằng COSMOS Với yêu cầu thiết kế nhỏ gọn, đủ bền, dễ điều khiển, giá thành hợp lý

Nhóm 2 xin trân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Hoàng Quang Tuấn trong bộ môn Thiết kế tính toán ô tô – Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ Nhóm 2 chúng em hoàn thành bài tập lớn này

Hà Nội, ngày ,tháng ,năm 2022 Nhóm sinh viên:

CHƯƠNG 1:

3

1.2: Giới thiệu chung về hộp số

Hộp số là cụm chi tiết quan trọng của hệ thống truyền lực, cho phép thay đổi

và phân chia tốc độ và mô men xoắn của động cơ đến các cầu chủ động của ô tô

1.2.1: Công dụng

Hộp số trong hệ thống truyền lực của ô tô dùng để:

 Ngắt động cơ lâu dài khỏi hệ thống truyền lực

Trên một số ô tô, chức năng thay đổi mô men truyền có thể được đảm nhận nhờ một số cụm khác (hộp phân phối, cụm cầu xe) nhằm tăng khả năng biến đổi

mô men đáp ứng mở rộng điều kiện làm việc của ô tô

Hình 1: Ảnh hộp số

1.2.2: Yêu cầu

Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

 Có dãy tỉ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng có tỉ số truyền tối ưu, phù hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải

 Phải có hiệu suất truyền lực cao

 Khi làm việc không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát sinh các tải trọng động

định), khi chuyển số, thường xảy ra thay đổi tốc độ và mô men, gây nên tải trọng

động Hạn chế các xung lực và mô men biến động cần có các bộ phận ma sát: (đồng tốc, khớp ma sát, bộ truyền thuỷ lực, ) cho phép làm đều tốc độ của các phần tử truyền và nâng cao độ bền, độ tin cậy trong làm việc của hộp số

một cách chắc chắn (cơ cấu định vị, khoá hãm, bảo hiểm số lùi, )

 Kết cấu phải nhỏ gọn, dễ điều khiển, dễ bảo dưỡng và sửa chữa

 Có khả năng bố trí cụm công suất để dẫn động các thiết bị khác

1.2.3: Phân loại

- Hộp số 2 trục (hộp số ngang),

- Hộp số 3 trục (hộp số dọc)

1.2.4: Hộp số 2 trục

 Cấu tạo hộp số 2 trục gồm:

-Trục sơ cấp nhận mô men xoắn trực tiếp từ động cơ;

- Trục thứ cấp truyền mô men xoắn đến bánh răng chủ động;

- Các cặp bánh răng ăn khớp trên 2;

- Bánh răng số lùi được bố trí ở vị trí riêng biệt và lắp cố định trên trục di động



(1) Vị trí số trung gian

Công suất từ động cơ không được truyền từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp, nên cũng không truyền sang bộ vi sai

Mũi tên xanh: Truyền công suất

Mũi tên đỏ: Chiều quay

P/s: Độ dài của mũi tên thể hiện tốc độ quay còn chiều rộng của mũi tên thể hiện mômen quay

Mũi tên càng dài, tốc độ quay càng lớn, còn chiều rộng của mũi tên càng rộng mômen quay càng lớn

(2) Tay số 1

Bánh răng của trục thứ cấp ăn khớp với bánh răng số 1 của trục sơ cấp truyền công suất đến bộ vi sai qua bánh răng dẫn vi sai

Mũi tên xanh: Truyền công suất

Mũi tên đỏ: Chiều quay

(3) Tay số 3

Bánh răng trục thứ cấp đang quay ăn khớp với bánh răng số 3 của trục sơ cấp truyền công suất đến bộ vi sai qua bánh răng dẫn vi sai

Mũi tên xanh: Truyền công suất

Mũi tên đỏ: Chiều quay

(4) Số lùi

Gài khớp bánh răng trung gian số lùi với bánh răng số lùi của trục sơ cấp Gài khớp bánh răng của trục thứ cấp với bánh răng trung gian số lùi truyền công suất để quay ngược chiều đến bộ vi sai qua bánh răng dẫn vi sai

Mũi tên xanh: Truyền công suất

Mũi tên đỏ: Chiều quay

Mũi tên tím: Chiều quay của bánh răng đảo chiều lồng không

• Nhiệm vụ: Cơ cấu đồng tốc có nhiệm vụ làm cho việc sang số được êm

dịu Người ta gọi cơ cấu này là “cơ cấu đồng tốc” vì hai bánh răng có tốc độ quay khác nhau được lực ma sát làm đồng tốc trong khi chuyển số

• Cấu tạo cơ cấu đồng tốc:

• Nguyên lý làm việc của cơ cấu đồng tốc:

(1) Vị trí số trung gian:

Mỗi bánh răng số được vào khớp với bánh răng bị động tương ứng và chạy lồng không trên trục

(2) Giữa quá trình đồng tốc:

Khi dịch chuyển tiếp cần chuyển số, lực đặt lên ống trượt sẽ thắng lực

lò xo của khoá chuyển số và ống trượt trùm lên phần nhô ra của khoá này

1.2.7: Cơ cấu đồng tốc kiểu 2,3 mặt côn

- Cấu tạo đồng tốc 3 mặt côn gồm: vòng đồng tốc ngoài, vòng giữa và vòng

trong

- Hoạt động:

Khi khoá chuyển số đẩy vòng ngoài và vòng giữa hình thành một mặt côn đơn, rồi vòng giữa và vòng trong trở thành một mặt côn đơn Ngoài ra, vòng trong và bánh răng trở thành một phần mặt côn đơn, vì vậy cả ba mặt côn này tạo ra lực ma sát

Do đó, khả năng triệt tiêu độ chênh lệch tốc độ quay giữa các bánh răng sẽ lớn và quá trình đồng tốc sẽ diễn ra được êm

- Cơ cấu ăn khớp đồng tốc kiểu hai mặt côn: về cơ bản cũng giống như cơ

cấu đồng tốc kiểu 3 mặt côn ngoại trừ là nó không tạo ra đồng tốc giữa vòng trong và cụm bánh răng

1.2.8: Cơ cấu đồng tốc kiểu không có khóa

Cơ cấu đồng tốc kiểu này có lò xo đóng vai trò của khóa chuyển số

Cấu tạo:

(1) Ống trượt: Có ba phần nhô ra được xoi bên trong ống moayơ để đẩy lò

xo khoá trong quá trình đồng tốc hoá

(2) Moay ơ đồng tốc: Chung quanh moayơ đồng tốc có 3 vấu để hãm chặt

vòng đồng tốc và lò xo khoá

(3) Lò xo khoá: có bốn vấu, một vấu để hãm chặt bản thân lò xo, còn ba

vấu kia giữ các khoá chuyển số

(4) Vòng đồng tốc: Có ba rãnh để gài các vấu của lò xo khoá tại ba điểm

dọc theo chu vi của vòng Một đoạn của rãnh xoi này được vát mép

1.2.9: Cơ cấu chuyển số

Trục cần chuyển và chọn số được đặt ở các góc bên phải của các trục càng chuyển số ở phía trên của vỏ hộp số Người ta áp dụng cơ cấu tránh ăn khớp hai

số (kép) và cơ cấu tránh gài nhầm số lùi Người ta cũng áp dụng cơ cấu khoá chuyển số và cơ cấu khoá số lùi trên trục càng gạt số

1.2.10: Cơ cấu tránh ăn khớp kép

(1) Nhiệm vụ:

Cơ cấu này để tránh khả năng gài hai số cùng một lúc Khi đồng thời dịch chuyển hai càng gạt số, chúng sẽ ăn khớp trong khi chọn và các bánh răng bị gài hai số

(2) Cấu tạo:

Một bu lông được bố trí để ngăn không cho tấm khoá càng gạt số quay làm cho trục cần chuyển và chọn số chỉ trượt đi theo chiều được chọn

(3) Hoạt động của cơ cấu tránh ăn khớp kép

Tấm khoá càng gạt số luôn luôn cài vào hai trong số ba khe ở đầu càng gạt

số và khoá tất cả các càng gạt số, trừ bánh răng phải sử dụng

Chẳng hạn như khi đặt cần chuyển số vào bánh răng số 1 hoặc số 2, tấm khoá càng gạt số và cần chuyển số bên trong No.1 dịch chuyển sang bên phải như trình bầy ở sơ đồ bên trái Tấm khoá càng gạt số ngăn không cho các đầu càng gạt số 3/số 4 và số 5/số lùi dịch chuyển, do đó chỉ có đầu càng gạt số 1/số

2 có thể dịch chuyển

1.2.11: Cơ cấu tránh gài nhầm số lùi

Nếu cài hộp số sang số lùi trong khi xe đang chạy, có thể làm vỡ ly hợp và hộp số ngang kiểu thường và đồng thời khoá cứng các lốp xe, gây ra tình trạng rất nguy hiểm Do đó, người ta bố trí cơ cấu này để người lái buộc phải chuyển về vị trí số không trước khi gài số lùi

1.2.12: Cơ cấu khóa chuyển số

Có ba rãnh xoi trên mỗi trục càng gạt số, và lò xo đẩy viên bi khoá vào rãnh khi chuyển số Điều này không những ngăn chặn hộp số bị nhảy số mà còn làm cho người lái có cảm giác rõ rệt hơn đối với việc chuyển số

1.2.13: Ống trượt gài số

Để tránh không bị nhảy số, người ta vát côn then hoa giữa ống trượt và bánh răng số để tạo thành một cạnh vát và làm cải thiện sự ăn khớp giữa ống trượt và bánh răng số

Với cùng mục đích này, người ta vát côn các bánh răng đầu vào, trung gian

và số lùi một chút

(1) Khi lực dẫn động được truyền từ bánh răng vào ống trượt: Các then

trên bánh răng ăn khớp với tất cả các rãnh then hoa của ống trượt

(2) Khi lực dẫn động được truyền từ ống trượt vào một bánh răng (trong khi phanh bằng động cơ): Một số ít hơn then bánh răng sẽ ăn khớp với

ống trượt Điều này làm tăng áp lực ăn khớp của ống trượt và bánh răng, do đó tránh cho hộp số không nhảy số

1.2.14: Cơ cấu khóa số lùi

Có một rãnh ở mặt trên của càng gạt số lùi, một lò xo đẩy viên bi khoá vào rãnh này Khi hộp số không được cài số lùi, rãnh này ngăn không cho bánh răng trung gian số lùi dịch chuyển Ngoài ra, khi hộp số được chuyển sang số lùi, nó còn báo cho người lái biết các bánh răng đã vào khớp hoàn toàn

1.2.15: Cơ cấu dẫn động hộp số

Loại điều khiển trực tiếp: loại này lắp cần chuyển số trục tiếp trên hộp số,

thường được dùng ở các xe FR vì thao tác nhanh, dễ bố tri

Loại điều khiển gián tiếp: loại này liên kết cần chuyển số với hộp số bằng

dây cáp hoặc thanh dẫn động Loại này thường dùng ở các xe FF có đặc điểm là ít rung động và có thể dễ dàng thiết kế vị trí cần chuyển số

1.2.16: Hộp số phụ

Hộp số phụ để tăng thêm tỷ số truyền cho HTTL, tăng them lực kéo ở bánh

xe chủ động nhằm khắc phục lực cản lớn của mặt đường

Hộp số phụ được đặt tách ròi với hộp số chính, tỷ số truyền giảm của hộp

số phụ từ 1,4 đến 2,7, đối với tỷ số truyền tăng từ 0,7 đến 0,9

CHƯƠNG 2: TÍNH - LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1: Tính toán thiết kế hộp số

2.1.1: Tính tỷ số truyền hộp số

Trong trường hợp hộp số có trục sơ cấp và thứ cấp đồng trục thì ở tay số

max 0

.

h

G r i

b h

m G r i

+ η : Hiệu suất của hệ thống truyền lực η= 0,85

ka=17 - 19.8 đối với xe tải chọn ka=18

2.1.4: Góc nghiêng răng β

Phần lớn các bánh răng là bánh răng nghiêng

→ góc β được xác định:

arcsin m n





2.1.5: Số răng của các bánh răng

Đối với hộp số 3 trục 5 cấp, mỗi tay số trừ số lùi và số truyền thẳng được tạo nên bởi 2 cặp bánh răng:

Chọn sơ bộ số răng của bánh răng chủ động dẫn động trục trung gian là:

za = 18 răng

Ta có:

1 1 ,

m z i i i

Số truyền 5 là số truyền thẳng nên: i h5  1

Tỷ số truyền ở các tay số khác i h(n1) a.i hn

Trong đó:

1 4 1 5 6,5 1, 60

h n h

i a i

n

a z

n

a c z

n

c z

a c z

- Tỷ số truyền lùi thường được chọn: i l  ( 1 , 2  1 , 3 ).i h1  ( 7 , 8  8 , 45 )

3,18 3,18

25

1, 25 20

l l a

l

i i i z z i

z z z z

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

Tỷ số truyền hộp số sau khi đã chọn số răng các bánh răng

, ,

.

a i hi

a i

z z i

2.2: Lựa chọn phương án thiết kế

2.2.1: Giới thiệu một số hộp số cơ khí thường được dùng trên ô tô hiện nay

 Hộp số có hộp số vô cấp và hộp số có cấp

- Hộp số vô cấp dùng để tạo thành hệ thống truyền lực vô cấp, trong đó hộp

số có tỉ số truyền biến đổi liên tục

- Hộp số có cấp dùng để tạo thành hệ thống truyền lực có cấp Tỉ số truyền của hộp số này thay đổi với các giá trị khác nhau Đây là hộp số được dùng phổ biến trên ô tô hiện nay

 Cấu tạo chung của hộp số cơ khí có cấp bao gồm các bộ phận cơ bản:

- Bộ phận đảm nhiệm chức năng truyền và biến đổi mô men bao gồm: các cặp bánh răng ăn khớp, các trục và ổ đỡ trục, vỏ hộp số

- Bộ phận đảm nhận chuyển số đảm nhận chức năng chuyển số theo sự điều khiển của người lái và khả năng giữ nguyên trạng thái làm việc trong quá trình xe hoạt động Bộ phận này bao gồm: cần số, các đòn kéo, thanh trượt, nạng gạt, khớp

gài, cơ cấu định vị, khóa hãm, cơ cấu bảo hiểm số lùi

 Một số hộp số cơ khí có cấp điển hình:

2.2.2: Hộp số 3 trục

Là hộp số có đa số các số truyền ih truyền qua hai cặp bánh răng ăn khớp Với cấu trúc tỉ số truyền truyền qua hai cặp bánh răng ăn khớp nên chiều quay của trục chủ động và trục bị động không thay đổi, cho phép thực hiện một số giá trị tỉ

số truyền lớn, tuy nhiên hiệu quả truyền lực sẽ thấp do phải truyền qua nhiều cặp

bánh răng ăn khớp

Sơ đồ cấu trúc, bố trí trục của hộp số 3 trục điển hình:

 Hộp số 3 trục 5 cấp:

I, III

IVII

23

a) Sơ đồ kết cấu b) Sơ đồ bố trí trục

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc, bố trí trục của hộp số 3 trục 5 cấp

I, II, III: lần lượt là các trục sơ cấp, trục trung gian, trục thứ cấp

G1, G2, G3: các khớp gài

0: vị trí trục trung gian của các số truyền

1, 2, 3, 4, 5: vị trí của các số truyền và bánh răng tương ứng

Zi: các bánh răng

Bảng dòng truyền mô men của hộp số 3 trục 5 cấp:

IV Z' L2

0: vị trí trục trung gian của các số truyền

1, 2, 3, 4: vị trí của các số truyền và bánh răng tương ứng

Zi: các bánh răng

Dòng truyền mô men của hộp số 3 trục 4 cấp:

2.2.3: Hộp số 2 trục

hộp số này rất phù hợp với hệ thống truyền lực của xe ô tô con, đòi hỏi tốc độ cao (Giá trị ih không cần lớn)

Hình 2.3: Sơ đồ kết cấu của hộp số 2 trục 5 cấp

Các số truyền và dòng truyền mô men của hộp số 2 trục 5 cấp:

2.2.4: Quan điểm thiết kế

Theo yêu cầu của bài toán đặt ra là thiết kế hộp số cho xe 5 tấn, với xe tham

khảo là xe zil 130

Hình 2.4: Xe tham khảo: zil 130

Ta chọn hộp cơ khí giống như xe tham khảo với lí do:

 Xe tải động cơ đặt trước, truyền lực bánh sau nên chọn hộp số đặt dọc

 Đây là hộp số cơ khí có cấp được dùng phổ biến hiện nay:

 Quy trình công nghệ nguyên công gia công chế tạo và lắp ráp đã được ứng dụng rộng Giá thành chế tạo cho sản phẩm thấp

 Vì phổ biến nên quá trình sửa chữa bảo dưỡng của người sử dụng thuận lợi

 Độ tin cậy của sản phẩm sẽ cao hơn so với hộp số vô cấp

 Ta dùng hộp số 3 trục 5 cấp mà không sử dụng hộp số 2 trục hay hộp số nhiều cấp, ít cấp: 4 cấp, 8 cấp, Vì:

 Ảnh hưởng của số lượng số truyền trong hộp số

 Khi sử dụng nhiều tay số thì: tính kinh tế nhiên liệu sẽ tăng lên, tính phức tạp cũng tăng theo, làm cho giá thành của cả chiếc xe cũng tăng lên Điều này làm mất tính cạnh tranh của sản phẩm

 Với hộp số 3 trục thì trục sơ cấp và thứ cấp là đồng trục cho nên sẽ tạo ra được số truyền thẳng giúp cho các bánh răng và các ổ bi không chịu tải (ít phải làm việc, tăng hiệu suất,…) Hộp số sẽ bền hơn, làm việc tốt hơn

 Mặt khác thì số truyền thẳng là tay số được sử dụng nhiều nhất, khoảng 60 đến 80% thời gian sử dụng của hộp số

 Với hộp số 3 trục thì chúng ta còn tạo ra được tỉ số truyền lớn cho hộp số

 Nếu dùng hộp số 3 cấp hoặc 4 cấp thì nó sẽ không phân được hết các tỉ số truyền, mà vì xe tải 5 tấn nên yêu cầu tỉ số truyền lớn

 Nếu dùng hộp số nhiều cấp: phức tạp hơn, chiều dài trục lớn sẽ xảy ra võng

trục mà lại tốn kém không cần thiết

2.2.5: Kết luận về phương án thiết kế

 Từ các quan điểm thiết kế đã nêu ở trên ta đi tới phương án thiết kế hộp số cho xe tải 5 tấn như sau:

 Hộp số cơ khí với 5 cấp số, được bố trí dọc theo xe

 Hộp số có 5 số tiến và 1 số lùi, với số truyền 5 là số truyền thẳng

 Số trục hộp số là 3 trục: trục sơ cấp , trục thứ cấp, trục trung gian Trong

đó có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm

 Cách chuyển số là sử dụng bộ đồng tốc cùng khớp gài số

 Loại bánh răng sử dụng là bánh răng thẳng và bánh răng nghiêng

45

8

9

Hình 2.5: Sơ đồ hộp số xe tham khảo