phÇn I ph©n tÝch ®Æc ®iÓm kÕt c¸u cña ly hîp Ketnooi com vì sự nghiệp giáo dục Ch¬ng I ph©n tÝch ®Æc ®iÓm kÕt cÊu truyÒn lùc chÝnh vµ vi sai chän ph¬ng ¸n thiÕt kÕ I TruyÒn lùc chÝnh TruyÒn lùc chÝn[.]
Trang 1Chơng I
phân tích đặc điểm kết cấu truyền lực chính
và vi sai chọn phơng án thiết kế I.Truyền lực chính
Truyền lực chính là một bộ phận rất quan trọng trong cầu xe,
nó có nhiều loại mỗi loại có những u điểm và nhợc điểm riêng
nh :
- Truyền lực chính đơn
- Truyền lực chính kép
- Truyền lực chính hai cấp
I.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu:
Truyền lực chính có những công dụng nh sau :
- Truyền và thay đổi mô men
- Thay đổi phơng truyền lực
Truyền lực chính đợc phân loại dựa theo nhiều tiêu chỉ nh :
a/ Theo đặc điểm cấu tạo bộ truyền :
- Truyền động thông thờng (đờng tâm trục chủ động và trục bị động cắt nhau)
- Truyền động hypôit (đờng tâm trục chủ động và trục bị
động không cắt nhau)
- Truyền động trục vít
- Truyền động xích
b/Theo số cặp bộ truyền :
- Truyền lực chính đơn
- Truyền lực chính kép
c/Theo số lợng tỷ số truyền :
- Truyền lực chính một cấp
- Truyền lực chính nhiều cấp
Để bảo đảm khả năng làm việc truyền lực chính cần đạt các yêu cầu:
- Đảm bảo tỷ số truyền cần thiết nhằm bảo đảm hiệu suất cao ngay cả khi nhiệt độ và số vòng quay thay đổi
- Đảm bảo đủ bền, độ cứng vững cao, gối đỡ làm việc
không ồn, kích thớc nhỏ gọn
I.2 Phân tích kết cấu của các loại truyền lực chính:
Sau đây ta đi phân tích kết cấu cụ thế của các loại truyền lực này và chọn phơng án thiết kế cho bài toán
1 Truyền lực chính đơn
a/truyền lực chính bánh răng côn răng thẳng :
Đợc bố trí dới một góc 900 nhng có khi đợc bố trí dới một góc khác
Trang 2* u điểm :
Dễ chế tạo, lắp ghép đơn giản, giá thành rẻ
* Nhợc điểm :
- Số răng ít nhất của bánh răng nhỏ phải lớn hơn 9 Nếu nhỏ hơn 9 sẽ xuất hiện hiện tợng cắt chân răng
- Nếu xe có tỷ số truyền lớn thì kích thớc của bộ truyền lớn
- Làm việc ồn, hiệu suất thấp, số răng ăn khớp đồng thời ít
Do nhiều nhợc điểm nên hiện nay loại này ít đợc sử dụng
b/ truyền lực chính bánh răng côn răng xoắn :
Gồm bánh răng chủ động đợc chế tạo liền trục còn bánh răng
bị động đợc chế tạo rời thành vành răng Vành răng sau khi chế tạo đợc lắp ghép cố định với vỏ vi sai thành một khối
* u điểm :
- Số răng nhỏ nhất của bánh răng chủ động có thể 6-7 mà vẫn đủ bền và bảo đảm ăn khớp tốt
- Khi bộ truyền có tỷ số truyền lớn thì kích thớc và trọng lợng của cầu xe nhỏ gọn và đảm bảo đợc tính năng thông qua cao
- Làm việc êm dịu do có nhiều răng đồng thời ăn khớp
- Có khả năng truyền lực và mô men lớn, khả năng chống mòn tốt
- Gia công đợc trên các máy cắt có năng suất cao
* Nhợc điểm :
- Phát sinh lực chiều trục ở tâm ăn khớp và phơng của lực thay đổi theo chiều quay của bánh răng
- Nếu chiều xoắn của răng và chiều quay của bánh răng trùng nhau thì lực chiều trục sẽ hớng từ đáy đến đỉnh của bánh răng nón nên có thể gây hiện tợng kẹt răng Còn nếu chiều xoắn của răng và chiều quay của bánh răng ngợc nhau thì lực chiều trục sẽ đẩy bánh răng chủ động rời khỏi bánh răng bị động
Loại này đợc sử dụng trên nhiều loại xe, nhất là các loại xe con
c/ truyền lực chính hypôit :
Nó có đặc điểm là đờng tâm của bánh răng chủ động và bánh răng bị động đợc bố trí lệch nhau một khoảng lệch trục
e Trục chủ động có thể đợc bố trí dới hay trên tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật của từng xe
* u điểm :
- Khi cùng kích thớc với bộ truyền bánh răng côn răng xoắn thì bộ truyền hypôit có tỷ số truyền lớn hơn
i0 = [1.1]
Trang 3i0- Tỷ số truyền của bộ truyền hypôit
Z1,Z2-Số răng của bánh răng chủ động và bị động
1, 2-Góc nghiêng đờng răng của bánh răng chủ động và
bị động [độ]
- Số răng của bánh răng chủ động nhỏ nhất có thể 5-6 mà vẫn đủ bền và ăn khớp tốt
- Làm việc êm dịu
- Hiệu suất cao (0,94- 0,96)
- Khi chế tạo bộ truyền không đòi hỏi vật liệu thật tốt
- Có thể dịch chuyển đợc trục của bánh răng chủ động so với bánh răng bị động một khoảng dịch trục là: e=(0,1- 0,2).d2
- Trục có kết cấu vững, độ bền cao, làm việc êm dịu do đ-ờng kính bánh răng chủ động lớn
- áp suất tổng hợp lên bề mặt răng giảm (25-30)% so với bánh răng côn xoắn cùng kích thớc
* Nhợc điểm :
- Có sự trợt giữa các răng theo cả chiều dọc và chiều ngang
do đó mà phải dùng dầu bôi trơn chuyên dùng
- Khi lắp ráp bộ truyền đòi hỏi phải chính xác, bánh răng chủ động phải có điểm tựa thật chắc chắn
Loại này đợc sử dụng rất nhiều trên xe, nhất là các loại xe tải
d/ truyền lực chính trục vít – bánh vít :
Đợc sử dụng trên xe có yêu cầu tỷ số truyền lớn mà kích thớc
bộ truyền phải nhỏ gọn Đặc điểm của truyền động trục vít – bánh vít là có thể trục vít đặt trên hoặc đặt dới
* u điểm :
- Làm việc êm do số răng ít, kích thớc nhỏ, tỷ số truyền lớn
- Có thể đặt vi sai ngay giữa cầu xe nên cầu xe có kết cấu
đối xứng, dễ tháo lắp
- Đối với xe 3 cầu chủ động thì bộ truyền có khả năng truyền mô men quay lên cả 2 cầu chủ động thông qua 1 trục
- Khi đặt trục vít xuống dới thì hạ thấp trọng tâm
- áp suất riêng chỗ tiếp xúc răng của bộ truyền nhỏ
* Nhợc điểm :
- Hiệu suất thấp do ma sát lớn, có hiện tợng tự hãm, lực chiều trục lớn
- Khi trục vít dới bánh vít thì khoảng sáng gầm xe giảm
nh-ng làm tănh-ng góc lệch trục các đănh-ng.Trục vít trên thì tănh-ng khoảng sang gầm xe nhng khó khăn trong bôi trơn bộ truyền
- Chế tạo trục vít – bánh vít phức tạp, bánh vít thờng chế tạo bằng kim loại màu (thờng là đồng)
2 Truyền lực chính kép
Trang 4
Truyền lực chính kép là bộ truyền sử dụng 2 cặp bộ
truyền ăn khớp, so với truyền lực chính đơn thì truyền lực chính kép có tỷ số truyền lớn hơn mà vẫn đảm bảo khoảng sáng gầm xe tốt
Truyền lực chính kép đợc sử dụng nhiều trên xe 2 cầu, 3 cầu và xe có tải trọng lớn
a/Truyền lực chính kép trung tâm :
Cặp bánh răng côn xoắn và cặp bánh răng trụ đợc bố trí thành một cụm Khi đó hai cặp bánh răng ăn khớp đặt trong cùng một vỏ cầu và vi sai đặt ngay sau cặp bánh răng thứ hai Phơng án này trục của bánh răng côn và trục của bánh răng trụ nằm trong một mặt phẳng và vuông góc với nhau
b/Truyền lực chính kép bố trí tách cụm :
Thờng bánh răng côn cùng bộ vi sai ở trung tâm còn các bánh răng trụ đặt ở sờn xe hình thành hộp giảm tốc bánh xe (truyền lực cạnh).Truyền lực cạnh có thể là cặp bánh răng trụ
ăn khớp trong, ăn khớp ngoài hoặc bộ truyền hành tinh
3 Truyền lực chính hai cấp
Sử dụng trên ô tô khi cần thiết phải mở rộng khoảng tỷ số truyền của hệ thống truyền lực mà không cần phải thay đổi kết cấu các cụm của nó Số truyền thấp của truyền lực chính
sử dụng khi xe chuyển động trong điều kiện đờng khó khăn (đờng xấu, đờng đồi núi) để khắc phục những lực cản chuyển động lớn Sử dụng số truyền cao trong điều kiện đờng tốt hoặc khi xe chở non tải cho phép nâng cao tính kinh tế nhiên liệu, vận tốc trung bình của ô tô và giảm mô men xoắn trong dẫn động đến các bánh xe chủ động
Từ những phân tích kết cấu và xem xét u nhợc điểm của các loại truyền lực trên, áp dụng cho bài toán thiết kế này tôi chọn truyền lực chính đơn kiểu bánh răng côn răng xoắn th-ờng
H-1.1 Truyền lực chính kép
Trang 5Vật liệu chế tạo bánh răng truyền lực chính là thép hợp kim chất lợng cao nh : 15ХГН2ТА, 20ХГНМ,…Bánh răng đợc xêmăngtit với độ sâu 1,2-1,5 mm và tôi trong dầu
II Vi sai
Vi sai là bộ phận rất quan trọng trong cầu xe, nó gồm nhiều loại khác nhau nh :
- Vi sai bánh răng côn đối xứng
- Vi sai tăng ma sát
- Vi sai loại cam
- Vi sai kiểu trục vít
II.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu:
Vi sai có những công dụng nh sau :
Đảm bảo cho các bánh xe chủ động quay đợc với các tốc độ góc khác nhau, đồng thời dùng để phân chia mô men xoắn cho các bánh xe của một cầu xe chủ động hoặc cho các cầu xe chủ động của một xe
Vi sai đợc phân loại dựa theo nhiều tiêu chỉ nh :
a/ Theo công dụng :
- Vi sai giữa các bánh xe
- Vi sai giữa các cầu xe
- Vi sai giữa các truyền lực cạnh
b/ Theo đặc điểm phân bố mô men :
- Vi sai đối xứng
- Vi sai không đối xứng
c/ Theo đặc điểm kết cấu vi sai :
- Vi sai bánh răng
- Vi sai trục vít-bánh vít
- Vi sai cam
d/ Theo phơng pháp khoá vi sai :
- Vi sai gài cỡng bức
- Vi sai gài tự động
e/ Theo hệ số khoá vi sai :
kб = [1.2]
Trong đó: Mms-Mô men ma sát [Nm]
M0 –Mô men trên vỏ vi sai [Nm]
- Vi sai ma sát trong bé kб< 0,2
- Vi sai ma sát trong cao kб= 0,2- 0,7
- Vi sai khoá hoàn toàn kб > 0,7
Để bảo đảm khả năng làm vi sai cần đạt các yêu cầu:
- Phân phối mô men cho các bánh xe một cách hợp lý
Trang 6- Bảo đảm cho các bánh xe quay với các vận tốc góc khác nhau Khi quay vòng các hệ số cản trên một cầu khác nhau và
hệ số bám khác nhau
- Hiệu suất làm việc cao, độ tin cậy làm việc tốt, kích thớc
và trọng lợng nhỏ
II.2 Phân tích kết cấu các loại vi sai:
Sau đây ta phân tích kết cấu của các loại vi sai và đa ra phơng án thiết kế cho bài toán
1 Vi sai bánh răng côn đối xứng
Vi sai đối xứng thuộc loại vi sai có ma sát trong bé Về mặt kết cấu xe có tải trọng lớn và xe có tải trọng bé vi sai nh nhau chỉ khác ở số bánh răng vi sai, ở kết cấu vỏ vi sai và các bánh răng bán trục Số bánh răng hành tinh phụ thuộc vào mô men xoắn đặt trên vỏ vi sai và bánh răng hành tinh với vỏ vi sai có thể tháo rời đợc hoặc liền nhau Tổng số răng của bánh răng bán trục chọn bằng bội số của số của số răng bánh răng hành tinh Mặt tháo rời thờng đi qua trục của các bánh răng hành tinh, các nữa hộp đợc lắp đồng tâm nhờ các gờ Mặt bích của vỏ vi sai dùng lắp ghép bánh răng bị động của truyền lực trung ơng Giữa các mặt tỳ của bánh răng hành tinh mặt cầu thờng có đĩa đồng để giảm ma sát và để dễ đặt đúng các bánh răng vi sai
Hãm vi sai có thể bằng ly hợp có vấu, ly hợp răng và ly hợp chốt….Dẫn động hãm vi sai có thể bằng cơ khí , bằng điện khí, bằng thuỷ lực Dẫn động hãm vi sai loại cơ khí có cần gạt
bố trí trên dầm cầu chủ động hoặc đặt cạnh ngời lái, loại này
có nhợc điểm là ngời lái chỉ sử dụng nó khi ô tô đã bị trợt quay
và không có khả năng tự di động nữa
* u điểm :
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hạ
- Việc phân phối mô men xoắn cho các bánh xe chủ động thích hợp với những trờng hợp xe chạy trên đờng tốt hoặc điều kiện chuyển động của hai bánh xe nh nhau
- Giảm tải trọng động cho dẫn động các bánh xe, giảm mòn lốp, giảm suất tiêu hao nhiên liệu và điều khiển dễ dàng
* Nhợc điểm :
Ma sát của bộ vi sai bé nên giảm khả năng thông qua của xe khi một bánh xe nằm ở đờng lầy
Loại này hiện nay đợc sử dụng phổ biến và nhất là trên các loaị xe du lịch và xe tải trọng nhỏ
2 Vi sai tăng ma sát
Trang 7Loại này ngày càng đợc sử dụng nhiều Tăng ma sát trong loại
vi sai hình nón bằng cách thiết kế thêm vào kết cấu ly hợp ma sát đĩa đặt giữa một trong hai bán trục và hộp vi sai Vi sai tăng ma sát đợc ứng dụng khả rộng rãi, vi sai tăng ma sát có thể một hoặc hai ly hợp ma sát Trong loại vi sai này trục chữ thập
đợc thay thế bằng hai trục cắt nhau theo góc vuông Hai trục này có khả năng dịch chuyển với nhau theo cả hai chiều trục lẫn chiều góc nghiêng, nhờ các mặt nghiêng tơng ứng ở các
đầu trục Ngoài ra trên vi sai còn các cốc trung gian nằm trên then hoa của bán trục giống nh các bánh răng bán trục Khi các bánh răng hành tinh không quay lực truyền đến các bán trục, cũng nh trong trờng hợp vi sai có ma sát trong bé Khi các bánh răng hành tinh quay các mặt nghiêng của trục sẽ bị dịch
chuyển đi nh thế nào để lực trên ly hợp ma sát truyền qua cốc trung gian sẽ tăng lên đối với bán trục quay nhanh
Trị số mô men hãm sẽ không phải là một hằng số mà sẽ tỉ lệ với mô men truyền lên các bánh xe
3 Vi sai loại cam
Có nhiều loại khác nhau loại cam đặt hớng kính và loại cam
đặt hớng trục Đây là loại vi sai có ma sát trong cao Vi sai cam
mà con chạy đặt theo hớng kính nằm giữa các vành có dạng cam của bán trục Các con chạy đợc đặt vào vòng ngăn cách ở giữa, vòng này gắn với vỏ vi sai và là phần tử chủ động Vòng ngăn cách tác dụng vào con chạy một lực P và ép con chạy vào vành cam ngoài với một lực P1' và vào vành cam trong với lực P2'
P1' và P2' tác dụng thẳng góc với mặt bên của các vành cam Khi cả hai bánh xe chủ động chịu lực cản nh nhau thì vận tốc góc của vòng giữa và các vành cam bằng nhau Nếu một trong các bánh xe chủ động có khuynh hớng tăng vận tốc góc, các chi tiết của vi sai sẽ bắt đầu có dịch chuyển tơng đổi với nhau nên trên các mặt bên của vành cam phát sinh lực ma sát hớng về các phía khác nhau đối với vành cam quay nhanh và vành cam quay chậm
Số mặt lồi lõm trên các vành cam của các bán trục phải khác nhau Vì nếu chúng bằng nhau thì khi hộp của vi sai quay tới
vị trí nào đó, các con chạy chỉ dịch chuyển theo chiều hớng kính và lực sẽ không truyền đến vành hình cam nữa
Đối với loại vi sai cam đặt hớng trục, các con chạy đợc đặt trong vòng ngăn, vòng ngăn gắn liền với vỏ vi sai Số mặt lồi lõm của các vành cam sinh ra mô men mạch động khi vi sai làm việc nên vi sai chống mòn
Trang 8Trong loại vi sai hai dãy mô men mạch động đợc khắc phục vì trong loại này ngời ta làm số mặt cam lồi lõm trên hai vành cam nh nhau
Loại vi sai cam hai dãy với các con chạy bố trí theo hớng kính mỗi dãy con chạy tác dụng tơng ứng với dãy mặt cam của nó Cho nên khi một dãy mặt cam trong dịch chuyển tơng đối với dãy mặt cam ngoài, thì lúc ấy các mặt dãy cam ngoài nằm ở
vị trí đối xứng Nếu một dãy cam chạy nằm ở vị trí không truyền đợc mô men thì dãy thứ hai sẽ truyền mô men ấy
Loại vi sai cam hai dãy có con chạy bố trí theo hớng trục, các cam có thể làm với các hình dạng mặt bên khác nhau, thờng dạng đờng xoắn ốc Acsimet Sự dịch chuyển theo hớng kính của một điểm bất kỳ của dạng mặt bên này tỷ lệ với góc quay
của cam
Loại vi sai cam đợc sử dụng phổ biến với xe có tải trọng lớn
4 Vi sai kiểu trục vít
Đây là loại vi sai có ma sát trong cao, sử dụng làm vi sai giữa các bánh xe
Trong vỏ của vi sai gồm ba phần: các bánh răng bán trục ăn khớp với các bánh răng hành tinh Các bánh hành tinh gắn với nhau nhờ các bánh vít hành tinh phụ quay quanh các trục gắn trong hộp
Vi sai loại trục vít làm việc êm dịu và lâu mòn Về kết cấu
nó phức tạp hơn và đắt hơn loại vi sai cam Loại vi sai này th-ờng áp dụng cho các loại xe tải trọng lớn
Qua phân tích kết cấu các loại truyền lực chính và vi sai, áp dụng vào điều kiện cụ thể của đề tài “Thiết kế truyền lực chính và vi sai của cầu xe chủ động ôtô ZIL-131” ta chọn loại truyền lực chính kép và vi sai bánh răng côn đối xứng
Trang 9Chơng Ii tính toán thiết kế truyền lực chính
I Các số liệu ban đầu
Để làm cơ sở cho tính toán thiết kế theo đề tài sau đây
tôi đa ra các thông số tham khảo của xe ZIL-131 :
ST
T Thông số Giá trị Đơn vị Ghi chú
2 Khối lợng toàn bộ Ma
3 Khối lợng phân bố lên các
cầu
Cầu trớc M1
Trục cân bằng Mcb
3340
8585 KgKg
4 Mômen cực đại của động
cơ Memax
5 Tỷ số truyền của hộp số
Số truyền 1 ih1
Số truyền 1 ih2
Số truyền 1 ih3
Số truyền 1 ih4
Số truyền 1 ih5
Số lùi ihl
7,44 4,10 2,29 1,47 1,00 7,09
6 Tỷ số truyền HSPP
Số truyền cao ipc
Số truyền thấp ipt
1,00 2,08
7 Tỷ số truyền lực chính i0 7,339
12,00-20
II Tính toán các chi tiết của truyền lực chính:
Tính toán truyền lực chính ta tiến hành theo trình tự sau :
- Chọn chế độ tải trọng tính toán
- Xác định các kích thớc cơ bản của bộ truyền
- Xác định các lực tác dụng lên bộ truyền
- Tính toán kiểm bền cho bộ trruyền
II.1 Chọn tải trọng tính toán:
Trang 10Với xe dẫn động hoàn toàn (có tất cả các cầu là chủ động), tải trọng xác định theo mô men bám, trong đó coi mô men giữa các cầu đợc phân bố tỷ lệ với trọng lợng bám :
Trong đó :
– Mô men bám trên cầu thứ i [Nm]
- Trọng lợng bám trên cầu thứ i [N]
ic - Tỷ số truyền lực cạnh
i0 - Tỷ số truyền lực chính
Mô men bám tác dụng lên cầu sau:
Trong đó :
Hệ số bám = 0,8
Hệ số biến dạng lốp = 0,935
Bán kính thiết kế bánh xe
(m) Bán kính tính toán bánh xe rk = r = 0,5225 (m)
Ta có : = 17942,65 (Nm)
Mô men tính toán : = 2445 (Nm)
II.2 Chọn các kích th ớc cơ bản của truyền lực chính :
Chọn sơ bộ tỉ số của các cặp bánh răng truyền lực chính:
Bộ truyền bánh răng CXT: i0c= 1,7
Bộ truyền bánh răng trụ: i0t = =
1.Bộ truyền bánh răng côn xoắn thờng:
- Chọn môđun mặt đáy răng ms=10 (Dựa vào và đồ thị 2.10 [3])
- Chọn số răng của bộ truyền côn xoắn thờng :
Z1=10 ; Z2=17
- Chọn hệ số dịch chỉnh răng và góc ăn khớp :
Hệ số dịch chỉnh: = 0,41 ; = - 0,41 Góc ăn khớp: = 20o