Đồ án thiết kế hộp số Hộp số trên động cơ xăng

Công dụng: Hộp số ôtô thực hiện các nhiệm vụ sau: - Thay đổi lực kéo tiếp tuyến và số vòng quay của bánh xe chủ động để phù hợp với lực cản của đường và vận tốc của ôtô theo nhu cầu sử d

l TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

-*** -ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Ô TÔ

Đỗ Duy Pha Nguyễn Trọng Huy Lớp: CĐ OTO 20B

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình phát triển nền kinh tế quốc dân và phục vụ đời sống xã hội, việc vận chuyển hàng hoá, hành khách có vai trò to lớn Với việc vận chuyển bằng ô tô có khả năng đáp ứng tốt hơn về nhiều mặt so với các phương tiện vận chuyển khác do đặctính đơn giản, an toàn, cơ động Trong các loại hình vận chuyển thì vận chuyển bằng ô

tô là loại hình thích hợp nhất khi vận chuyển trên các loại đường ngắn và trung bình Ô

tô có thể đến được nhiều vùng, nhiều khu vực địa điểm mà các phương tiện vận

chuyển khác khó có thể thực hiện được Nó có thể đưa đón khách tận nhà, giao hàng tận nơi, đưa hàng đến tận chân công trình mà giá cước phù hợp với nhu cầu của nhân dân

Ngày nay do nhu cầu vận chuyển hàng hoá, hành khách tăng nhanh, mật độ vận chuyển lớn Đồng thời cùng với sự mở rộng và phát triển đô thị ngày càng tăng nhanh thì vận chuyển bằng ô tô lại càng có ưu thế ở các nước công nghiệp phát triển, công nghiệp ô tô là ngành kinh tế mũi nhọn Trong khi đó ở nước ta ngành công nghiệp ô tô mới chỉ dừng lại ở mức khai thác, sử dụng, sửa chữa và bảo dữơng Những năm 1985 trở về trước các ô tô hoạt động ở Việt Nam đều là ô tô nhập ngoại với nhiều chủng loại

do nhiều công ty ở các nước sản xuất Từ những năm đầu thập kỷ 90 chúng ta thực hiện việc liên doanh, liên kết với các công ty nước ngoài Nên ở Việt Nam hiện nay đã

có 14 liên doanh đã và đang hoạt động như: TOYOTA, MERCEDES - BENZ VMC, DEAWOO, MITSUBISHI, NISSAN, FORD Ngoài ra còn kể đến một số hãng trong nước như:Trường Hải, MêKông, Vinasuki, Công ty ô tô 1-5 , Công ty ô tô 3-2 … Tại những liên doanh này ô tô được lắp ráp trên các dây chuyền công nghệ hiện đại

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đã chuyển sang một giai đoạn mới

Để hoàn thành được bản Đồ án này ngoài sự nỗ lực của bản thân không thể không

kể đến sự chỉ bảo tận tình của thầy cô giáo trong bộ môn và nhà trường Đặc biệt là sự hướng dẫn của quý thầy cô

A THÔNG SỐ XE YA3-469

- Trọng tải, kg 600 kg và 2 người hoặc 700 kg

và 1 người

- Khối lượng cho phép của rơ móc 850 kg

- Khối lượng cuả bản thân, kg 1650 kg

- Phân bố lên cầu trước 890 kg

- Phân bố lên cầu sau 760 kg

- Trọng lượng toàn tải (kể cả người)

- Phân bố cầu trước

- Phân bố cầu sau

- Quảng đường phanh cực đại 70 km/h 53 m

- Tiêu hao nhiên liệu khi 30 km/h, 1

- Công suất cực đại 55,2 kw khi 4000 vòng/phút

- Mô men xoắn cực đại 17 kGm khi 2200 – 2500 vg/ph

- Truyền động chính Bánh răng côn xoắn; giảm tốc

có bánh răng trụ ăn khớp trong

- Tỉ số truyền của hộp số I: 3,13; II: 2,17; III: 1,44;

- Áp suất hơi trong bánh trước 1,7 kG/cm2

- Áp suất hơi trong bánh sau 1,9 kg/cm2

- Dung tích thùng nhiên liệu 2 x 39

B PHẦN TÍNH TOÁN

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ

1 Công dụng:

Hộp số ôtô thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Thay đổi lực kéo tiếp tuyến và số vòng quay của bánh xe chủ động để phù hợp với lực cản của đường và vận tốc của ôtô theo nhu cầu sử dụng

- Thực hiện chuyển động lùi cho ôtô

- Có thể ngắt dòng truyền lực trong thời gian dài khi động cơ vẫn làm việc

2 Phân loại:

Tuỳ theo những yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được chia ra:

- Theo trạng thái của trục hộp số trong quá trình làm việc:

- Theo phương pháp điều khiển:

+ Điều khiển bằng tay

+ Điều khiển tự động

+ Điều khiển bán tự động

3 Yêu cầu:

Hộp số cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có tỉ số truyền thích hợp để bảo đảm chất lượng động lực học và tính kinh tế nhiên liệu của ôtô

- Có khả năng trích công suất ra ngoài để dẫn động các thiết bị phụ

- Điều khiển sang số đơn giản, nhẹ nhàng

- Hiệu suất truyền động cao

- Kết cấu đơn giản, dễ chăm sóc bảo dưỡng

PHẦN 2: TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN HỘP SỐ

1 Chọn tỷ số truyền cho hộp số:

Tỉ số truyền của hộp số ô tô được xác định bằng tính toán lực kéo ở các tay số

Tỉ số truyền lực được xác định theo công thức:

max 1

max 0

24500.0,38165.0,2878

3,16356 170.5,3804.0,93

bx h

e tl

G r i

Bán kính bánh xe có tính đến sự biến dạng của lốp rbx được tính theo công thức:

0

15 .25,4 0,945 8,4 25,4 381,6477

• Trong đó: là hế số kể đến sự biến dạng của lộp.

(Lốp áp suất thấp = 0,930 – 0,935; Lốp áp suất cao  = (0,945 – 0,95)

0,681203,16356

2 Chọn sơ đồ động cơ học của hộp số

 Sơ đồ động học của hộp số ba trục

Sơ đồ cấu tạo của hộp số ba trục được thể hiện trên hình 3.9.a Trục sơ cấp 1 và trục thứ cấp 2 được bố trí đồng trục với

nhau Ngoài vỏ hộp số không thể hiện ở

đây, các bộ phận chính của hộp số bao

gồm: Trục sơ cấp 1, trục thứ cấp 2 và

trục trung gian 3, các bánh răng Z1, Z2,

Z3, Z4, Z' 1, Z' 2, Z ' 3, Z' 4, ống gài 4 và

5 Bánh răng Z4 được chế tạo liền với

trục sơ cấp Các bánh răng trên trục thứ

cấp Z1, Z2, Z3 được quay trơn trên trục

Còn các bánh răng trên trục trung gian Z'

1, Z' 2, Z' 3, Z' 4 được cố định trên trục

Các ống gài 4 và 5 liên kết then hoa với

trục và có các vấu răng ở hai phía để ăn

khớp với các bánh răng cần gài

Hình 1: sơ đồ động học của hộp số ba trục

a Sơ đồ cấu tạo của hộp số ba trục 4 cấp số

b Dòng truyền mô men

3 Chọn các thông số kết cấu cơ bản của hộp số

3.1 Chọn khoảng cách giữa các trục (A):

Khoảng cách trục liên quan đến kích thước và trọng lượng của hộp số Khi khoảng cách càng tăng thì trọng lượng hộp số càng lớn, đồng thời vận tốc vòng, tiếng

ồn, tải trọng động tang và quá trình gài số càng trở nên phức tạp hơn Vì vậy, khi chọn khoảng cách trục A chỉ nên giới hạn từ 160 mm trở lại Đối với xe tải (A  160

mm),đối với xe du lịch (A = 60  80 mm)

Khoảng cách trục A có thể được xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

3 3

3.2 Chọn mô đun pháp tuyến của bánh răng, m n

Khi chọn mô đun cho các bánh rang hộp số cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Để giảm tiếng ồn khi làm việc nên giảm mô đun và tang chiều rộng bánh răng

- Để giảm trọng lượng khi có cùng một khoảng cách các đường tâm thì nên tăng

mô đun và giảm chiều rộng bánh răng

3.4 Xác định số răng của các bánh răng hộp số, z i :

Để xác định được số rnagw của bánh răng chúng ta phải xác định số răng của bánh răng chủ động za, tỉ số truyền cặp bánh răng luôn ăn khớp ia, tỉ số truyền của các cặp bánh răng ii, rồi từ đó chúng ta sẽ xác định được số răng của các cặp bánh răng (sơcấp, thứ cấp, trung gian)

Số răng bánh răng chủ động za trong cặp bánh răng luôn ăn khớp được chọn theo điều kiện không bị cắt đỉnh với số răng lớn hơn hoặc bằng 18 (Z  a 17) đối với

răng không dịch chỉnh và từ 14 trở lên (Z  a 14) đối với bánh răng dịch chỉnh Khi

chọn số răng bánh chủ động không nên chọn quá nhỏ để tránh việc khó bố trí ổ bi của trục thứ cấp

Hình 2: Sơ đồ tính toán số răng của hộp số 3 trục

Sau khi chọn được Za, cũng như biết được khoảng cách trục A và mô đun mn, taxác định tỉ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp theo công thức sau:

2 cos 2.85,00052.cos30

o a

a

n a

A i

 : góc nghiên răng của cặp bánh răng luôn ăn khớp

+ Đối với ô tô du lịch : a 30o45o chọn a 35o

+ Đối với ô tô tải: a 20o30o

Số răng của bánh răng bị động của cặp bánh răng ăn luôn ăn khớp Z’ a được xác định:

'a a a

Chọn Za = 18 răng  Z'a 18.1,72639 31,07502Chọn Z’a = 31 răng

Sau khi tính ta phải quy tròn (số nguyên dương) số răng của bánh răng bị động của cặp bánh răng luôn ăn khớp Z’a , sau đó tính chính xác lại tỉ số truyền

' 31

1,7222218

và khoảng cách A giữa các trục trong hộp số

Khoảng cách A được tính lại theo công thức sau:

Tỉ số truyền của các cặp bánh răng ở các số truyền là:

1 1

3,16356

1,836911,72222

h a

i i i

2 2

2,15502

1, 251301,72222

h a

i i i

3 3

1, 468

0,852391,72222

h a

i i i

4 1

i 

5 5

0,68120

0,395541,72222

h a

i i i

1 1,83691

r

Với i1; i2; i3; i4; il là tỉ số truyền của tay số 1, 2, 3, 4 và số lùi

Sau khi tính được tỉ số truyền của các tay số ta tiến hành xác định số răng của các bánh răng trên trục trung gian với giả thiết là chúng có cùng môđun và góc nghiêng răng như sau:

n

A Z

n

A Z

n

A Z

A Z

- Đối với cặp bánh răng lùi:

Ta chọn bánh răng trên trục trung gian Zr = 16 răng

Bánh răng trên trục lùi Z’’r = 20 răng

- Tỉ số truyền của trục trung gian và trục lùi ir1:

1

201,2516

r

- Tỉ số truyền của trục lùi và trục thứ cấp ir2:

2 1

1,83691

1, 46953

1, 25

r r r

i i i

Bánh răng lùi trên trục thứ cấp:

2'r r ''r 1,46953.20 29,39056

Để triệt tiêu lực dọc trục trên trục trung gian, cần phải xác định lại góc nghiêngrăng của các bánh răng

1 1

1

17 30 0,31661

17,57

o a

a o

2

22 30 0,40973

22,3

o a

a o

3

26 30 0, 48423

25,8

o a

a o

4

35 30 0,65185

33,1

o a

a o



 

Với 1 ; 2 ; 3 i là góc nghiêng răng của các bánh răng 1,2,3, ,i

Sau khi xác định được góc nghiêng răng của các bánh răng ta tính chính xác lại

số răng của các răng trên trục trung gian (làm tròn thành số nguyên dương) theo công thức:

1 1

   

4 4

Sau khi xác định được số răng của các bánh răng, chúng ta phải tính lại tỉ số truyền cho từng cặp bánh răng

' ' 1 1

1

31.35

3,17251 18.19

a h

2

31.29

2,17150 18.23

a h

' ' 3 3

3

31.23

1, 46708 18.27

a h

4

31.13

0,6585 18.34

a h

a r r hr

Memax: mô men lớn nhất của động cơ

i hk: tỉ số truyền của hộp số ứng với các số truyền 1, 2, 3,…,k

hk

 : hiệu suất truyền lực từ trục sơ cấp đến chi tiết tính toán thứ k

Chọn hk = 0,93

Mô men tính toán của trục sơ cấp Mtsc = Memax = 170 N.m

Mô men tính toán của trục trung gian:

Mô men tính toán của trục thứ cấp:

ttc ttg hk

N.m+ Tại bánh răng số 2 (tay số 2)

2 2

29 .272,28333.0,93 319, 28180

23

ttc ttg hk

N.m+ Tại bánh răng số 3 (tay số 3)

3 3

23 .272,28333.0,93 215,70890

27

ttc ttg hk

N.m+ Tại bánh răng số 4 (tay số 5)

5 5

13 .272,28333.0,93 96,82075

34

ttc ttg hk

N.m+ Tại số 4 (tay số 4 truyền thẳng)

16

tr r ttg hk

N.m+ Tại bánh răng lùi trục thứ cấp:

2

29 316,52937 .0,93 426,83986

20

ttcr tr r hk

N.mTrong trường hợp mômen tính toán từ động cơ lớn hơn mômen tính theo điều kiện bám thì mômen tính toán sẽ được chọn theo điều kiện bám và được xác định theo công thức sau:

max

bx t

Với: G: trọng lượng bám của ô tô (trọng lượng phân bố lên cầu chủ động

truyền lực cuối (truyền lực bánh xe)

3.4.2 Tính toán theo bánh răng hộp sô

 Tính theo ứng suất uốn

Ứng suất uốn tại tiết diện nguy hiểm của răng được xác định theo công thức Lewis:

u n

P: lực vòng tác dụng lên răng tại tâm ăn khớp (MN)

K: hệ số bổ sung: tính đến sự tập trung ứng suất ở răng, độ trùng khớp khi các răng ăn khớp, ma sát bề mặt tiếp xúc, biến dạng ở các ổ đở và trục…

b : bề rộng răng của bánh răng (m)

n

m Z d





• Trong đó

mn : là mô đun của bánh răng đang tính

Z: là số răng của bánh răng đang tính

cos : là góc nghiên răng của bánh răng đang tính

- Đường kính vòng chia của bánh răng trên trục sơ cấp:

3.18

62,35383 31,17692cos cos30

tr r ttg hk

N.m

i : tỷ số truyền từ động cơ đến bánh răng đang tính

η – Hiệu suất truyền lực từ động cơ đến bánh răng đang tính

r0: bán kính vòng chia của bánh răng

- Lực vòng tác dụng lên bánh răng ở trục sơ cấp:

6

3 3

170.10

5,45275.1031,17692.10

tsc a

a

M P r

272.28333.10

' 53,69358.10

tg a

a

M P

M P r

tg

M P r

tg

M P r

tg

M P r

272, 28333.10

11,34514.1024.10

tg r

r

M P r

316,52937.10

'' 30.10

tr r r

M P

3 2

3 3

3 5

3 3

426,83986.10

' 43,5.10

ttcr r

r

M P

K K K

- Bề rộng b của răng đối với răng thẳng chọn như sau:

+ Đối với răng bánh răng trụ răng nghiêng:

m m

n

a

m m

n

m m

n

m m

n

m m

n

m m



33cos cos0

n sr

r

m m



Bước răng pháp tuyến tn được tính như sau:

Đối với bánh răng trụ răng nghiêng:

.3 9,42478

- Đối với hệ số dạng răng y không điều chỉnh thì chọn theo bảng sau:

- Đối với răng thẳng lấy số răng Z thực tế để chọn, còn đối với răng nghiêng chọn theo số răng tương đương Ztđ:

3cos

td

Z Z





- Đối với bánh răng trên trục sơ cấp

+Bánh răng A

18

27,71281cos cos 30

a tda

Z Z



Chọn hệ số dạng răng cho bánh răng ya = 0,116

- Đối với các bánh răng trên trục trung gian

Z Z

Z Z

Z Z



Chọn hệ số dạng răng cho bánh răng y’2 = 0,132

a tsc

Ta tính tại bánh răng lùi vì nơi đây có lực vòng lớn nhất

3

11,34514.10 0,75

406,30844 22.10 9, 42478.10 0,101

r ttg

3

'' 10,55098.10 0,75

360,04294'' '' 22.10 9, 42478.10 0,106

r tr

Ta tính tại bánh răng lùi vì nơi đây có lực vòng lớn nhất

3

' 9,81241.10 0,75

298,26074' ' 22.10 9,42478.10 0,119

r ttc

 Tính theo ứng suất tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc txđược c xác định theo công thức Hert - Beliaev:

dấu “-” Muốn xác định ứng suất tiếp xúc tại tâm ăn khớp chúng ta phải lấy

1, 2

  tại tâm ăn khớp của chúng

 Đối với bánh răng trụ răng thẳng:

 : góc nghiêng đường răng

- Tính toán bánh răng trên trục sơ cấp:

Ứng suất tiếp xúc cho phép với ô tô là:

+ Đối với bánh răng trụ răng nghiêng: tx 1000 2500  MN/m2

- Tính ứng suất tiếp xúc trên trục sơ cấp:

5.2,1.10 1 10,418

a txtcs

P b

- Tính ứng suất tiếp xúc trên trục trung gian:

+ Bánh răng bị động luôn ăn khớp Z’a

5' 2,1.10 1 1' 0,418

a txa

P b

+ Bánh răng Z1

5 1

1

.2,1.10 1 10,418

tx

P b

3

.2,1.10 1 10,418

tx

P b

+ Bánh răng Zr

5.2,1.10 1 1

0, 418

r txr

P b

'' cos ''

r txr

P b

1

' 2,1.10 1 1' 0,418

tx

P b

2

' 2,1.10 1 1' 0,418

tx

P b

+ Bánh răng Z’3

5 3

3

' 2,1.10 1 1' 0,418

tx

P b

4

' 2,1.10 1 1' 0,418

tx

P b

r txr

P b

3.4.3.1 Chọn sơ bộ kích thước của trục

Chúng ta có thể tính kích thước sơ bộ theo các công thức kinh nghiệm sau:

- Đối với trục sơ cấp:

1 9 10 emax (49,85692 55,39658)

(mm)Chọn d1 = 40 (mm) theo điều kiện thực tế

• Trong đó:

d1: là đường kính vủ trục sơ cấp (mm)

Memax: là mô men xoắn cực đại của động cơ (Nm)

- Đối với trục trung gian và trục thứ cấp

Tỉ số giữa đường kính trục (d) và chiều dài trục (l) là:

 Đối với trục sơ cấp và trục trung gian:

d

l

Ta chọn l1 = 280 (mm)+ Trục trung gian:

2

2

400,1 0,18 0,1 0,18 222 400

d

l

Ta chọn l2 = 300 (mm)+ Trục thứ cấp:

3

3

350,1 0,18 0,18 0, 21 166 194

d

l

Ta chọn l3 = 190 (mm)l1, l2, l3: là chiều dài của trục sơ cấp, trục trung gian và trục thứ cấp Khi đã có

sơ bộ kích thước các trục và vẽ sơ đồ bố trí hộp số chúng ta xác định các lực tác dụng lên các trục hộp số Cuối cùng tiến hành tính toán trục theo cứng vững và tính sức bền của trục

3.4.3.2 Chọn sơ bộ kích thước các ổ bi đỡ trục, chiều dài hộp số4

Để tính sức bền hộp số cần chọn sơ bộ các thông số kích thước như chiều dài hộp số, kích thước ổ bi…

Ở hộp số xe tải loại 3 trục thường sử dụng ổ bi một dãy hướng kính hay ổ bi đũa chịu tải nhẹ và trung bình Có thể chọn sơ bộ kích thước cơ bản của ổ bi hộp số như sau:

Khi thiết kế sơ bộ, kích thước ngang của hộp số được xác định phụ thuộc vào đường kính các bánh răng, sự bố trí các bánh răng đảo chiều của số lùi và cơ cấu gài số.

Chiều dài hộp số được xác định tùy thuộc vào chiều dài các dãy bánh răng, ổ bi,ống gài số và bộ đồng tốc Hộp số 3 trục của xe tải có từ 4 đến 6 tay số được bố trí chung trong một hộp số Có thể chọn sơ bộ kích thước chiều dài trục của các chi tiết chính như sau:

Chiều rộng vành răng: b  0, 22A

Chiều rộng ổ bi: B  (0,20  0,22).AỐng răng gài số 2 đầu, không đồng tốc: H  (0,30  0,40)A Ống răng gài số 2 đầu, có đồng tốc: H  (0,40  0,50)A Chiều dài tổng cộng trung bình (L) của hộp số có thể chọn:

 Hộp số 4 cấp: L  (2,6  2,8)A = (2,6  2,8).84 = 230 mmKích thước các bánh răng, trục hộp số sẽ được điều chỉnh chính xác sau khi tính kiểm nghiệm bền

3.4.1.3 Tính toán bền hộp số

Sau khi chọn sơ bộ đường kính, chiều dài và vẽ sơ đồ, trục hộp số phải được tính toán theo: mômen uốn, mômen xoắn (đối với trục dài), chèn dập then hoa (đối với đoạn trục có then và kiểm tra độ võng – góc xoay trục tại các tiết diện nguy hiểm

Đầu tiên chúng ta phải xác định được các thành phần lực tác dụng lên trục khi hộp số làm việc ở các số truyền khác nhau, từ đó chọn giá trị lực lớn nhất để tính cho những đoạn nguy hiểm

- Xác định các lực tác dụng từ bánh răng lên trục ở các số truyền là:

t

M P r



(MN)

+ Lực hướng kính:

0tan.cos