BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC ---o0o--- BÀI BÁO CÁO GIỮA KỲ MÔN HỌC PHẦN: TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ô TÔ Đề tài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾ
Tỷ số truyền số 1
Theo điều kiện kéo: i h1 ≥ G ψ max r bx
Xe di chuyển ở trọng lượng toàn tải m = 2130(kg): G = m g = 21300 (N)
Hệ số cản lăn đối với xe du lịch: f = 0,15
Hệ số cản tổng cộng của mặt đường tác dụng lên bánh xe: ψ max = f cos α + sin α = 0,15 cos 21° + sin 21° ≈ 0,5
Vì xe áp suất lốp thấp: λ = 0,93 nên r bx = r o λ = 323,75.0,93 = 301,08 (mm) ≈ 0,3 (m)
Mô-ment xoắn cực đại của động cơ: M emax = 186 (N m) tại 4000 (vòng/phút) Ô tô du lịch hiệu suất truyền lực: η t = 0,93
Tỷ số truyền lực chính: i o =π r bx n emax
Số vòng quay cực đại: n emax = λ n N (vòng/phút)
Số vòng quay ứng với công suất cực đại: n N = 5600 (vòng/phút)
Vì xe sử dụng động cơ xăng: λ = 1,1 nên n emax = λ n N = 1,1.5600 = 6160 (vòng/phút)
Vì xe Innova có số dọc 5 cấp số và số truyền số cao nhất nên ta chọn: i hn = 0,85
Vận tốc cực đại của xe: v max = 170 (km/h) = 47,22(m/s)
Tỷ số truyền lực chính i o cùng với tỷ số truyền cao nhất i hn được xác định theo tốc độ cực đại của xe v max i o = π n emax r bx
Tỷ số truyền được xác định theo điều kiện bám: i h1 ≥ G ψ max r bx
186.4,82.0,93.1 = 3,83 (1) Theo điều kiện bám: i h1 ≤ G φ φ r bx
Hệ số bám: φ = 0,7 ÷ 0,8 ta chọn φ = 0,8
Vì xe du lịch trọng tâm xe nằm ở giữa nên: G φ = G cd = 0,5 G
Chọn hệ số phân bố tải lên cầu chủ động: m cd = 1,2 ÷ 1,35 ta chọn m cd = 1,3
Xe không có hộp số phụ nên: i p = 1
Tỷ số truyền được xác định theo điều kiện bám: i h1 ≤ G φ φ r bx
Từ (1) và (2) theo điều kiện kéo và điều kiện bám ta có: 3,83 ≤ i h1 ≤ 3,98
1.2 Tỷ số truyền các số trung gian
Vì xe Innova hộp số dọc 5 cấp có số OD với số 4 là số truyền thẳng: i h4 = 1
Xe du lịch xác định tỉ số truyền trung gian cấp số điều hòa:
Hằng số điều hòa: a = ( 1 i hn − 1 i h1 ) 1 n − 1= ( 1
Tỷ số truyền của các tay số trung gian: i hm = i h1
Tay số 4 (Số truyền thẳng): i h4 = 1
Tay số 5 (Số OD: Số vượt tốc) : i hn = 0,85
Tỷ số truyền số lù i: i l = (1,2 ÷ 1,3) i h1 ta chọn i l = 1,22 i h1 i l = 1,22 i h1 = 1,22.3,9 ≈ 4,76
Vậy tỷ số truyền của hô ̣p số do ̣c 5 cấp có số OD là: i 0 = 4,82; i h1 = 3,90; i h2 = 2,10; i h3 = 1,40; i h4 = 1; i h5 = 0,85; i l = 4,76
2 Tính số răng của cặp bánh răng số (số 1, 2, 3, 4, 5) thỏa tỷ số truyền hộp số
2.1 Khoả ng cách giữa các tru ̣c
Xe ô tô du li ̣ch ta chọn hê ̣ số kinh nghiê ̣m: C = 13
2.2 Chọn mô – đun pháp tuyến và góc nghiêng của bánh răng
Mô-đun pháp tuyến của xe du lịch: m = 2,25 ÷ 3
Góc nghiêng của bánh răng đối với xe du lịch: β = 22 ÷ 34
Chọn mô-đun và góc nghiên của từng tay số:
2.3 Xác định số răng của các bánh răng
Theo kinh nghiệm, số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp được chọn: Z 1 = 16 (răng) và cho ̣n sơ bô ̣ Z a = 13 (răng)
Tỷ số truyền của că ̣p bánh răng gài số 01: i g1 * cos β 1 m 1 Z 1 − 1 = 2.74,21 cos 22°
3.16 − 1 = 1,87 Số răng Z ′ 1 củ a bánh răng bi ̣ đô ̣ng ở cặp bánh răng số truyền thấp:
Tỷ số truyền của că ̣p bánh răng luôn ăn khớp: i a =i h1 i g1 = 3,9 1,87 = 2,09
Ta có: Z a = 13 (răng) chọn ban đầu: Z a ′ = i a Z a = 2,09.13 = 27,17 (răng) chọn Z a ′ = 28 (răng)
Tỷ số truyền của các cặp bánh răng gài số: i gi =i hi i a
Số răng của các bánh răng trên trục trung gian và thứ cấp được xác định:
3 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe sang số 1-3, 2-4, 4-5, 5-3, 4-2, 2-1, ly hợp không ly khi gài số, bộ đồng tốc bị hỏng)
3.1 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 1 với tốc độ 30 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 3, bộ đồng tốc bị hỏng)
Vận tốc của xe v = 30 (km/h) = 8,33 (m/s)
Chọn moment quán tính phần chủ động: J m = 1,5 (Nm 2 )
Chọn moment quán tính phần bị động: J l = 0,022 (Nm 2 )
Moment quán tính quy dẫn về trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Vận tốc góc trên trục thứ cấp: ω a = v r bx i o =8,33
0,3 4,82 = 133,84 (rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h1 =8,33
0,3 4,82.3,9 = 521,96 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 3:
3.2 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 2 với tốc độ 40 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 4, bộ đồng tốc bị hỏng)
Vận tốc của xe v = 40 (km/h) = 11,11 (m/s)
Chọn moment quán tính phần chủ động: J m = 1,5 (Nm 2 )
Chọn moment quán tính phần bị động: J l = 0,022 (Nm 2 )
Moment quán tính quy dẫn về trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Vận tốc góc trên trục thứ cấp: ω a = v r bx i o ,11
0,3 4,82 = 178,5(rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h2 ,11
0,3 4,82.2,10 = 374,85(rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 4:
3.3 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 4 với tốc độ 60 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 5, bộ đồng tốc bị hỏng)
Vận tốc của xe v = 60 (km/h) = 16,67 (m/s)
Chọn moment quán tính phần chủ động: J m = 1,5 (Nm 2 )
Chọn moment quán tính phần bị động: J l = 0,022 (Nm 2 )
Moment quán tính quy dẫn về trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Vận tốc góc trên trục thứ cấp: ω a = v r bx i o ,67
0,3 4,82 = 267,83(rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h4 ,67
0,3 4,82.1 = 267,83 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 5:
3.4 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 5 với tốc độ 80 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 3, bộ đồng tốc bị hỏng)
Vận tốc của xe v = 80 (km/h) = 22,22 (m/s)
Chọn moment quán tính phần chủ động: J m = 1,5 (Nm 2 )
Chọn moment quán tính phần bị động: J l = 0,022 (Nm 2 )
Moment quán tính quy dẫn về trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Vận tốc góc trên trục thứ cấp: ω a = v r bx i o ",22
0,3 4,82 = 357 (rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h5 ",22
0,3 4,82.0,85 = 303,45 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 3:
3.5 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 4 với tốc độ 50 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 2, bộ đồng tốc bị hỏng)
Vận tốc của xe v = 50 (km/h) = 13,89 (m/s)
Chọn moment quán tính phần chủ động: J m = 1,5 (Nm 2 )
Chọn moment quán tính phần bị động: J l = 0,022 (Nm 2 )
Moment quán tính quy dẫn về trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Vận tốc góc trên trục thứ cấp: ω a = v r bx i o ,89
0,3 4,82 = 223,17 (rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h4 ,89
0,3 4,82.1 = 223,17 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 2:
3.6 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 2 với tốc độ 30 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 1, bộ đồng tốc bị hỏng)
Vận tốc của xe v = 30 (km/h) = 8,33 (m/s)
Chọn moment quán tính phần chủ động: J m = 1,5 (Nm 2 )
Chọn moment quán tính phần bị động: J l = 0,022 (Nm 2 )
Moment quán tính quy dẫn về trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Vận tốc góc trên trục thứ cấp: ω a = v r bx i o =8,33
0,3 4,82 = 133,84 (rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h2 =8,33
0,3 4,82.2,1 = 281,05 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 1:
4 Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp đóng ly hợp êm dịu nhất
4.1 Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp đó ng ly hợp êm dịu nhất (Giả sử di chuyển tay số 2 với tốc độ 40 km/h trên đường nhựa tốt, đạp ly hợp gài số 3)
Công trượt của ly hợp êm dịu:
Hệ số cản không khí đối với xe du lịch: K = 0,25 (Nms 2 /s 4 )
Xe di chuyển trên đường bằng: α = 0, P i = 0
Xe di chuyển trên đường có hệ số cản lăn: f = 0,015 Ô tô du lịch hiệu suất truyền lực: η t = 0,93
Kích thướt tổng thể bên ngoài (DxRxC): 4,580x1,770x1,745 (m)
Diện tích cản chính diện: F = 0,8 B o H = 0,8.1,770.1,745 = 2,47 (m 2 )
Vận tốc khi xe di chuyển: v = 30 (km/h) = 8,33 (m/s)
Hệ số cản tổng cộng của mặt đường tác dụng lên bánh xe: ψ = f cos α + sin α = 0,015 cos 0° + sin 0° = 0,015
Vận tốc góc của đông cơ: ω m = v r bx i o i h2 =8,33
0,3 4,82.2,1 = 281,05 (rad/s) Vận tốc góc quy dẫn về trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h3 =8,33
0,3 4,82.1,4 = 187,37 (rad/s) Moment cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp:
Ly hợp hoạt động trong điều kiện êm dịu nhất khi và chỉ khi: t o = t 1 + t 2 = 2,5
√139,67 = 2,365 (s) Công trượt trong trường hợp êm dịu là:
4.2 Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp đó ng ly hợp êm dịu nhất (Giả sử di chuyển tay số 5 với tốc độ 60 km/h trên đường nhựa tốt, đạp ly hợp gài số 4)
Công trượt của ly hợp êm dịu:
Hệ số cản không khí đối với xe du lịch: K = 0,25 (Nms 2 /s 4 )
Xe di chuyển trên đường bằng: α = 0, P i = 0
Xe di chuyển trên đường có hệ số cản lăn: f = 0,015 Ô tô du lịch hiệu suất truyền lực: η t = 0,93
Kích thướt tổng thể bên ngoài (DxRxC): 4,580x1,770x1,745 (m)
Diện tích cản chính diện: F = 0,8 B o H = 0,8.1,770.1,745 = 2,47 (m 2 )
Vận tốc khi xe di chuyển: v = 60 (km/h) = 16,67 (m/s)
Hệ số cản tổng cộng của mặt đường tác dụng lên bánh xe: ψ = f cos α + sin α = 0,015 cos 0° + sin 0° = 0,015
Vận tốc góc của đông cơ: ω m = v r bx i o i h5 ,67
0,3 4,82.0,85 = 227,66 (rad/s) Vận tốc góc quy dẫn về trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h4 ,67
0,3 4,82.1 = 267,83 (rad/s) Moment cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp:
Moment quán tính quy dẫn về trục ly hợp:
Ly hợp hoạt động trong điều kiện êm dịu nhất khi và chỉ khi: t o = t 1 + t 2 = 2,5
√131 = 2,249 (s) Công trượt trong trường hợp êm dịu là:
5 Tính công trượt trong trường hợp kiểm nghiệm bền
Công trượt trong trường hợp kiểm nghiệm bền là công trượt trong trường hợp xe đứng yên Nên ta có ω m = ω M và ω b = 0
Xe đang ở trạng thái đứng yên nên: v = 0; P j = 0
Giả sử xe đứng yên trên đường nằm ngang: P i = 0
Hệ số cản lăn trên đường có hệ số cản lăn: f = 0,015
Lực cản không khí có thể bỏ qua: P w = 0
Vận tốc góc ω m của động cơ tại M emax = 186 (N) ứng với vòng tua 4000 (vòng/phút) ω m =2π n
60 = 418,88 (rad/s) Moment cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp:
4,82.3,9.0,93 = 5,48 (Nm) Moment quán tính của bánh đà quy dẫn trên trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Mômen quán tính của xe quy dẫn trên trục sơ cấp:
Ly hợp hoạt động trong điều kiện êm dịu nhất khi và chỉ khi: t o = t 1 + t 2 = 2,5
Vậy công trượt trong trường hợp kiểm nghiệm bền sẽ là:
6 Xác định kích thướt (𝐑 𝟏 , 𝐑 𝟐 ) của đĩa ma sát ly hợp thỏa điều kiện bền theo áp suất cho phép
Moment ma sát của ly hợp:
Hệ số dự trữ của ly hợp đối vơi xe du lịch: β = 1,3 ÷ 1,75 chọn β = 1,5
Ngoài ra phương trình moment ma sát còn viết dưới dạng:
Lực ép cần thiết tác dụng lên đĩa ma sát:
P = M l μ R tb z ms Trong đó: R tb =2
Hệ số ma sát đĩa ly hợp: μ = 0,25 ÷ 0,35 ta chọn μ = 0,3 Áp suất lên bề mặt ma sát ta chọn áp suất cho phép: q = 100 (kN/m 2 ) q =P
Từ (1) và (2) ta được biểu thức:
Vì xe Innova sử dụng động cơ xăng có số vòng quay cao nên: R 1 = 0,75 R 2 thay vào (3)
7 Xác định đường kính trục các đăng (D, d) theo số vòng quay nguy hiểm và ứng suất xoắn
7.1 Theo số vòng quay nguy hiểm:
Số vòng quay ứng với công suất cực đại: n N = 5600 (vòng/phút)
Vì xe sử dụng động cơ xăng: λ = 1,1 nên n emax = λ n N = 1,1.5600 = 6160 (vòng/phút)
Số vòng quay cực đại của trục các đăng: n max =n emax i h5 = 6160
Số vòng quay nguy hiểm của trục: n t = (1,2 ÷ 2)n max Ta chọn n t = 1,6n max = 1,6.7247,06 = 11595,30 (vòng/phút)
Giả thiết bề dày thành trụ rỗng δ = 1,85 ÷ 2,5 (mm) chọn δ = 2 (mm) = 2 10 −3 (m) δ =D − d
2 = 2 10 −3 (m) ⇒ d = D − 2δ (5) Chọn chiều dài trục các đăng l = 1,5 (m)
Xe du lịch Innova 2010 thiết kế trục các đăng có điểm tựa đặt tự do trong các điểm tựa Theo bảng công thức (5.1): Công thức tính số vòng quay nguy hiểm n t : n t = 15,3 10 4 √D 2 + d 2 l 2 (6) Thay (5) vào (6) ta được: n t = 15,3 10 4 √D 2 + (D − 2δ) 2
Khi làm việc 2 trục sẽ chịu xoắn, uốn, kéo (hoặc nén)
Moment chống xoắn của trục các đăng:
16D (m 3 ) Giá trị cho phép ứng suất xoắn: τ = 100 ÷ 300 (MN/m 2 ) chọn τ = 100 (MN/m 2 ) Chọn hệ số dư bền là 2 ⇒ Ứng suất tới hạn τ = 50 (MN/m 2 )
Giả thiết bề dày thành trụ rỗng δ = 1,85 ÷ 2,5 (mm) chọn δ = 2 (mm) = 2 10 −3 (m) δ =D − d
2 = 2 10 −3 (m) ⇒ d = D − 2δ (7) Ứng suất xoắn tại trục các đăng: τ = M 2max
8 Kiểm nghiệm bền trục các đăng theo ứng suất xoắn và góc xoắn
8.1 Kiểm nghiệm bền theo ứng suất xoắn:
Khi làm việc 2 trục sẽ chịu xoắn, uốn, kéo (hoặc nén)
Moment chống xoắn của trục các đăng:
16.0,123 = 4,53 10 −5 (m 3 ) Ứng suất xoắn tại trục các đăng: τ = M 2max
Vậy trục các đăng thỏa điều kiện bền theo ứng suất xoắn
8.2 Kiểm nghiệm bền theo góc xoắn:
Giá tri ̣ góc xoắ n của tru ̣c các đăng là: θ 0 π M emax i h1 i p1 l
Vớ i J x moment quán tính của tiết diê ̣n khi xoắn (trục rỗng):
G – mô đun đàn hồi khi xoắ n: θ 0 π M emax i h1 i p1 l
9 Thiết kế đường kính trục bán trục thỏa điều kiện bền (chọn hệ số dư bền 2,5)
Trong đó: Z 1 , Z 2 : Phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe trái và phải
Y 1 , Y 2 : Phản lực ngang tác dụng lên bánh xe trái và phải
X 1 , X 2 :Phản lực của lực vòng qua các bánh xe chủ động
B = 1,770 (m): Chiều rộng cơ sở của xe hg – chiều cao trọng tâm xe có thể được tính như sau: h g = B
2 = 885 (mm) = 0.885 (m) Trường hợp xe đang truyền lực kéo: m 2 = m 2k có thể lấy theo giá trị trung bình sau: +Đối với xe du lịch: m 2k = 1,2 ÷ 1,4 Chọn sơ bộ m 2k = 1,3
Trường hợp xe đang phanh: m 2k = m 2p và có thể lấy theo giá trị trung bình sau:
+Đối với xe du lịch: m 2p = 0,8 ÷ 0,85 Chọn sơ bộ m 2p = 0,825
9.1 Trường hợp 1 (Lực X đạt giá trị cực đại 𝐗 𝐢 = 𝐗 𝐦𝐚𝐱 )
Khi truyền với lực kéo cực đại:
Khi đang phanh với lực phanh cực đại:
Trong đó: φ – hệ số bám dọc: φ ≈ 0,7 ÷ 0,8 Chọn φ = 0,75 i h1 – Tỉ số truyền hộp số (khi lực kéo cực đại thì tính ở tay số 1)
9.2 Trường hợp 2 (Lực Y đạt giá trị cực đại 𝐘 𝐢 = 𝐘 𝐦𝐚𝐱 )
1,770 ) = 0 (N) Trong đó: φ 1 – hệ số bám ngang, có thể lấy φ 1 ≈ 1 m 2 = 1 khi xe trượt ngang
9.3 Trường hợp 3 (Lực Z đạt giá trị cực đại 𝐙 𝐢 = 𝐙 𝐦𝐚𝐱 )
2.2 = 10650 (N) Trong đó: kđ – hệ số động khi xe chuyển động trên đường lồi lõm và xe bị xóc mạnh.Với xe du lịch và xe buýt k đ ≈ 2 Ứng suất cho phép của các bán trục như sau:
+Khi nửa trục chịu uốn và xoắn, thì ứng suất tổng hợp cho phép sẽ là:
[σ th ] = 600 750 (MN/m 2 ) Chọn [σ th ] = 600(MN/m 2 ) +Với hệ số dư bền là 2,5 ⇒ [σ th ] = 240 (MN/m 2 ) để tính d cho 3 trường hợp
+Khi nữa trục chỉ chịu xoắn thì ứng suất cho phép là:
+Góc xoắn trên 1m chiều dài của nữa trục là θ = 9° ÷ 15° Đối với dòng xe du lịch tính toán, thiết kế bán trục giảm tải 1/2
Chọn b = 40 (mm) – khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm bạc đạn (ổ đỡ)
9.4 Trường hợp 1 (Lực X đạt giá trị cực đại 𝐗 𝐢 = 𝐗 𝐦𝐚𝐱 )
Khi truyền với lực kéo cực đại: Ứng suất uốn tại tiết diện bạc đạn với tác dụng đồng thời các lực X1 và Z2 σ u =√M uxl 2 + M uzl 2
0,1d 3 Trong đó: d - đường kính của bán trục tại tiết diện (m)
X 1 , X 2 , Z 1 , Z 2 tính bằng MN Suy ra: σ u = b
= 240 10 6 ⇒ d = 0,025 (m) Ứng suất tổng hợp cả uốn và xoắn là: σ th = M th
⇒ d = 0,042 (m) Ứng suất uốn được xác định theo phương trình: σ u =b m 2p G 2
9.5 Trường hợp 2 (Lực Y đạt giá trị cực đại 𝐘 𝐢 = 𝐘 𝐦𝐚𝐱 ) Ứng suất uốn tại tiết diện đặt bạc đạn ngoài: σ u =M u1
9.6 Trường hợp 3 (Lực Z đạt giá trị cực đại 𝐙 𝐢 = 𝐙 𝐦𝐚𝐱 )
Lúc này các nửa trục chỉ chịu uốn:
2.2 = 426 (Nm) Ứng suất uốn tại tiết diện đặt bạc đạn ngoài: σ u = M u1
Vậy ta chọn d = 0,049 (m) để thiết kế, kiểm nghiệm bền bán trục
10 Kiểm nghiệm bền bán trục
10.1 Trường hợp 1 (Lực X đạt giá trị cực đại 𝐗 𝐢 = 𝐗 𝐦𝐚𝐱 )
Moment uốn do X1, X2 gây nên trong mặt phẳng ngang:
Moment xoắn do X1, X2 gây nên:
Moment uốn do Z1, Z2 gây nên trong mặt phẳng đứng
Khi truyền lực kéo cực đại Ứng suất uốn tại tiết diện bạc đạn với tác dụng đồng thời các lực X1 và Z2 σ u =√M uxl 2 + M uzl 2
0,1 d 3 Trong đó: d - đường kính của bán trục tại tiết diện (m)
X 1 , X 2 , Z 1 , Z 2 tính bằng MN Suy ra: σ u = b
= 30,76(MN/m 2 ) < 600 MN/m 2 (thỏa mãn điều kiện bền) Ứng suất tổng hợp cả uốn và xoắn là: σ th = M th
Khi truyền lực phanh cực đại Ứng suất uốn được xác định theo phương trình σ u =b m 2p G 2
0,2 0,049 3 2 √1 + 0,75 2 = 18670473,19(N/m 2 ) = 18,67 (MN/m 2 ) < 600(MN/m 2 )(thỏa điều kiện)
10.2 Trường hợp 2 (Lực Y đạt giá trị cực đại 𝐘 𝐢 = 𝐘 𝐦𝐚𝐱 ) Ứng suất uốn tại tiết diện đặt bạc đạn ngoài: σ u =M u1
1,770 ) ∙ (1.0,3 − 0,04) = 235361116,5 (N/m 2 ) = 235,36(MN/m 2 < 600(MN/m 2 )(thỏa kiện bền)
10.3 Trường hợp 3 (Lực Z đạt giá trị cực đại 𝐙 𝐢 = 𝐙 𝐦𝐚𝐱 )
Lúc này các nửa trục chỉ chịu uốn:
2.2 = 426 (Nm) Ứng suất uốn tại tiết diện đặt bạc đạn ngoài: σ u = M u1
0,1 0,049 3 = 36209402,54(N/m 2 ) = 36,09(MN/m 2 ) < 600 MN/m 2 (thỏa điều kiện)
Khoa ̉ng cách giữa các tru ̣c
Xe ô tô du li ̣ch ta chọn hê ̣ số kinh nghiê ̣m: C = 13
Cho ̣n mô – đun pháp tuyến và góc nghiêng của bánh răng
Mô-đun pháp tuyến của xe du lịch: m = 2,25 ÷ 3
Góc nghiêng của bánh răng đối với xe du lịch: β = 22 ÷ 34
Chọn mô-đun và góc nghiên của từng tay số:
Xác định số răng của các bánh răng
Theo kinh nghiệm, số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp được chọn: Z 1 = 16 (răng) và cho ̣n sơ bô ̣ Z a = 13 (răng)
Tỷ số truyền của că ̣p bánh răng gài số 01: i g1 * cos β 1 m 1 Z 1 − 1 = 2.74,21 cos 22°
3.16 − 1 = 1,87 Số răng Z ′ 1 củ a bánh răng bi ̣ đô ̣ng ở cặp bánh răng số truyền thấp:
Tỷ số truyền của că ̣p bánh răng luôn ăn khớp: i a =i h1 i g1 = 3,9 1,87 = 2,09
Ta có: Z a = 13 (răng) chọn ban đầu: Z a ′ = i a Z a = 2,09.13 = 27,17 (răng) chọn Z a ′ = 28 (răng)
Tỷ số truyền của các cặp bánh răng gài số: i gi =i hi i a
Số răng của các bánh răng trên trục trung gian và thứ cấp được xác định:
3 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe sang số 1-3, 2-4, 4-5, 5-3, 4-2, 2-1, ly hợp không ly khi gài số, bộ đồng tốc bị hỏng)
3.1 Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở tay số 1 với tốc độ 30 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 3, bộ đồng tốc bị hỏng)
Vận tốc của xe v = 30 (km/h) = 8,33 (m/s)
Chọn moment quán tính phần chủ động: J m = 1,5 (Nm 2 )
Chọn moment quán tính phần bị động: J l = 0,022 (Nm 2 )
Moment quán tính quy dẫn về trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Vận tốc góc trên trục thứ cấp: ω a = v r bx i o =8,33
0,3 4,82 = 133,84 (rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h1 =8,33
0,3 4,82.3,9 = 521,96 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 3:
Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở
ở tay số 2 với tốc độ 40 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 4, bộ đồng tốc bị hỏng)
Vận tốc của xe v = 40 (km/h) = 11,11 (m/s)
Chọn moment quán tính phần chủ động: J m = 1,5 (Nm 2 )
Chọn moment quán tính phần bị động: J l = 0,022 (Nm 2 )
Moment quán tính quy dẫn về trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Vận tốc góc trên trục thứ cấp: ω a = v r bx i o ,11
0,3 4,82 = 178,5(rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h2 ,11
0,3 4,82.2,10 = 374,85(rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 4:
Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở
ở tay số 4 với tốc độ 60 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 5, bộ đồng tốc bị hỏng)
Vận tốc của xe v = 60 (km/h) = 16,67 (m/s)
Chọn moment quán tính phần chủ động: J m = 1,5 (Nm 2 )
Chọn moment quán tính phần bị động: J l = 0,022 (Nm 2 )
Moment quán tính quy dẫn về trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Vận tốc góc trên trục thứ cấp: ω a = v r bx i o ,67
0,3 4,82 = 267,83(rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h4 ,67
0,3 4,82.1 = 267,83 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 5:
Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở
ở tay số 5 với tốc độ 80 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 3, bộ đồng tốc bị hỏng)
Vận tốc của xe v = 80 (km/h) = 22,22 (m/s)
Chọn moment quán tính phần chủ động: J m = 1,5 (Nm 2 )
Chọn moment quán tính phần bị động: J l = 0,022 (Nm 2 )
Moment quán tính quy dẫn về trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Vận tốc góc trên trục thứ cấp: ω a = v r bx i o ",22
0,3 4,82 = 357 (rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h5 ",22
0,3 4,82.0,85 = 303,45 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 3:
Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở
ở tay số 4 với tốc độ 50 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 2, bộ đồng tốc bị hỏng)
Vận tốc của xe v = 50 (km/h) = 13,89 (m/s)
Chọn moment quán tính phần chủ động: J m = 1,5 (Nm 2 )
Chọn moment quán tính phần bị động: J l = 0,022 (Nm 2 )
Moment quán tính quy dẫn về trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Vận tốc góc trên trục thứ cấp: ω a = v r bx i o ,89
0,3 4,82 = 223,17 (rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h4 ,89
0,3 4,82.1 = 223,17 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 2:
Xác định moment xung lượng sinh ra trên trục thứ cấp khi gài số (khi xe di chuyển ở
ở tay số 2 với tốc độ 30 (km/h), không đạp ly hợp khi gài số 1, bộ đồng tốc bị hỏng)
Vận tốc của xe v = 30 (km/h) = 8,33 (m/s)
Chọn moment quán tính phần chủ động: J m = 1,5 (Nm 2 )
Chọn moment quán tính phần bị động: J l = 0,022 (Nm 2 )
Moment quán tính quy dẫn về trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Vận tốc góc trên trục thứ cấp: ω a = v r bx i o =8,33
0,3 4,82 = 133,84 (rad/s) Vận tốc góc trên trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h2 =8,33
0,3 4,82.2,1 = 281,05 (rad/s) Phương trình xung lượng khi gài số không tách ly hợp khi gài số 1:
4 Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp đóng ly hợp êm dịu nhất
4.1 Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp đó ng ly hợp êm dịu nhất (Giả sử di chuyển tay số 2 với tốc độ 40 km/h trên đường nhựa tốt, đạp ly hợp gài số 3)
Công trượt của ly hợp êm dịu:
Hệ số cản không khí đối với xe du lịch: K = 0,25 (Nms 2 /s 4 )
Xe di chuyển trên đường bằng: α = 0, P i = 0
Xe di chuyển trên đường có hệ số cản lăn: f = 0,015 Ô tô du lịch hiệu suất truyền lực: η t = 0,93
Kích thướt tổng thể bên ngoài (DxRxC): 4,580x1,770x1,745 (m)
Diện tích cản chính diện: F = 0,8 B o H = 0,8.1,770.1,745 = 2,47 (m 2 )
Vận tốc khi xe di chuyển: v = 30 (km/h) = 8,33 (m/s)
Hệ số cản tổng cộng của mặt đường tác dụng lên bánh xe: ψ = f cos α + sin α = 0,015 cos 0° + sin 0° = 0,015
Vận tốc góc của đông cơ: ω m = v r bx i o i h2 =8,33
0,3 4,82.2,1 = 281,05 (rad/s) Vận tốc góc quy dẫn về trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h3 =8,33
0,3 4,82.1,4 = 187,37 (rad/s) Moment cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp:
Ly hợp hoạt động trong điều kiện êm dịu nhất khi và chỉ khi: t o = t 1 + t 2 = 2,5
√139,67 = 2,365 (s) Công trượt trong trường hợp êm dịu là:
4.2 Tính công trượt của ly hợp trong trường hợp đó ng ly hợp êm dịu nhất (Giả sử di chuyển tay số 5 với tốc độ 60 km/h trên đường nhựa tốt, đạp ly hợp gài số 4)
Công trượt của ly hợp êm dịu:
Hệ số cản không khí đối với xe du lịch: K = 0,25 (Nms 2 /s 4 )
Xe di chuyển trên đường bằng: α = 0, P i = 0
Xe di chuyển trên đường có hệ số cản lăn: f = 0,015 Ô tô du lịch hiệu suất truyền lực: η t = 0,93
Kích thướt tổng thể bên ngoài (DxRxC): 4,580x1,770x1,745 (m)
Diện tích cản chính diện: F = 0,8 B o H = 0,8.1,770.1,745 = 2,47 (m 2 )
Vận tốc khi xe di chuyển: v = 60 (km/h) = 16,67 (m/s)
Hệ số cản tổng cộng của mặt đường tác dụng lên bánh xe: ψ = f cos α + sin α = 0,015 cos 0° + sin 0° = 0,015
Vận tốc góc của đông cơ: ω m = v r bx i o i h5 ,67
0,3 4,82.0,85 = 227,66 (rad/s) Vận tốc góc quy dẫn về trục ly hợp: ω b = v r bx i o i h4 ,67
0,3 4,82.1 = 267,83 (rad/s) Moment cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp:
Moment quán tính quy dẫn về trục ly hợp:
Ly hợp hoạt động trong điều kiện êm dịu nhất khi và chỉ khi: t o = t 1 + t 2 = 2,5
√131 = 2,249 (s) Công trượt trong trường hợp êm dịu là:
5 Tính công trượt trong trường hợp kiểm nghiệm bền
Công trượt trong trường hợp kiểm nghiệm bền là công trượt trong trường hợp xe đứng yên Nên ta có ω m = ω M và ω b = 0
Xe đang ở trạng thái đứng yên nên: v = 0; P j = 0
Giả sử xe đứng yên trên đường nằm ngang: P i = 0
Hệ số cản lăn trên đường có hệ số cản lăn: f = 0,015
Lực cản không khí có thể bỏ qua: P w = 0
Vận tốc góc ω m của động cơ tại M emax = 186 (N) ứng với vòng tua 4000 (vòng/phút) ω m =2π n
60 = 418,88 (rad/s) Moment cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp:
4,82.3,9.0,93 = 5,48 (Nm) Moment quán tính của bánh đà quy dẫn trên trục thứ cấp:
4,82 2 = 8,25 (Nms 2 ) Mômen quán tính của xe quy dẫn trên trục sơ cấp:
Ly hợp hoạt động trong điều kiện êm dịu nhất khi và chỉ khi: t o = t 1 + t 2 = 2,5
Vậy công trượt trong trường hợp kiểm nghiệm bền sẽ là:
6 Xác định kích thướt (𝐑 𝟏 , 𝐑 𝟐 ) của đĩa ma sát ly hợp thỏa điều kiện bền theo áp suất cho phép
Moment ma sát của ly hợp:
Hệ số dự trữ của ly hợp đối vơi xe du lịch: β = 1,3 ÷ 1,75 chọn β = 1,5
Ngoài ra phương trình moment ma sát còn viết dưới dạng:
Lực ép cần thiết tác dụng lên đĩa ma sát:
P = M l μ R tb z ms Trong đó: R tb =2
Hệ số ma sát đĩa ly hợp: μ = 0,25 ÷ 0,35 ta chọn μ = 0,3 Áp suất lên bề mặt ma sát ta chọn áp suất cho phép: q = 100 (kN/m 2 ) q =P
Từ (1) và (2) ta được biểu thức:
Vì xe Innova sử dụng động cơ xăng có số vòng quay cao nên: R 1 = 0,75 R 2 thay vào (3)
7 Xác định đường kính trục các đăng (D, d) theo số vòng quay nguy hiểm và ứng suất xoắn
Theo số vòng quay nguy hiểm
Số vòng quay ứng với công suất cực đại: n N = 5600 (vòng/phút)
Vì xe sử dụng động cơ xăng: λ = 1,1 nên n emax = λ n N = 1,1.5600 = 6160 (vòng/phút)
Số vòng quay cực đại của trục các đăng: n max =n emax i h5 = 6160
Số vòng quay nguy hiểm của trục: n t = (1,2 ÷ 2)n max Ta chọn n t = 1,6n max = 1,6.7247,06 = 11595,30 (vòng/phút)
Giả thiết bề dày thành trụ rỗng δ = 1,85 ÷ 2,5 (mm) chọn δ = 2 (mm) = 2 10 −3 (m) δ =D − d
2 = 2 10 −3 (m) ⇒ d = D − 2δ (5) Chọn chiều dài trục các đăng l = 1,5 (m)
Xe du lịch Innova 2010 thiết kế trục các đăng có điểm tựa đặt tự do trong các điểm tựa Theo bảng công thức (5.1): Công thức tính số vòng quay nguy hiểm n t : n t = 15,3 10 4 √D 2 + d 2 l 2 (6) Thay (5) vào (6) ta được: n t = 15,3 10 4 √D 2 + (D − 2δ) 2
Theo ứng suất xoắn
Khi làm việc 2 trục sẽ chịu xoắn, uốn, kéo (hoặc nén)
Moment chống xoắn của trục các đăng:
16D (m 3 ) Giá trị cho phép ứng suất xoắn: τ = 100 ÷ 300 (MN/m 2 ) chọn τ = 100 (MN/m 2 ) Chọn hệ số dư bền là 2 ⇒ Ứng suất tới hạn τ = 50 (MN/m 2 )
Giả thiết bề dày thành trụ rỗng δ = 1,85 ÷ 2,5 (mm) chọn δ = 2 (mm) = 2 10 −3 (m) δ =D − d
2 = 2 10 −3 (m) ⇒ d = D − 2δ (7) Ứng suất xoắn tại trục các đăng: τ = M 2max
8 Kiểm nghiệm bền trục các đăng theo ứng suất xoắn và góc xoắn
8.1 Kiểm nghiệm bền theo ứng suất xoắn:
Khi làm việc 2 trục sẽ chịu xoắn, uốn, kéo (hoặc nén)
Moment chống xoắn của trục các đăng:
16.0,123 = 4,53 10 −5 (m 3 ) Ứng suất xoắn tại trục các đăng: τ = M 2max
Vậy trục các đăng thỏa điều kiện bền theo ứng suất xoắn.
Kiểm nghiệm bền theo góc xoắn
Giá tri ̣ góc xoắ n của tru ̣c các đăng là: θ 0 π M emax i h1 i p1 l
Vớ i J x moment quán tính của tiết diê ̣n khi xoắn (trục rỗng):
G – mô đun đàn hồi khi xoắ n: θ 0 π M emax i h1 i p1 l
9 Thiết kế đường kính trục bán trục thỏa điều kiện bền (chọn hệ số dư bền 2,5)
Trong đó: Z 1 , Z 2 : Phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe trái và phải
Y 1 , Y 2 : Phản lực ngang tác dụng lên bánh xe trái và phải
X 1 , X 2 :Phản lực của lực vòng qua các bánh xe chủ động
B = 1,770 (m): Chiều rộng cơ sở của xe hg – chiều cao trọng tâm xe có thể được tính như sau: h g = B
2 = 885 (mm) = 0.885 (m) Trường hợp xe đang truyền lực kéo: m 2 = m 2k có thể lấy theo giá trị trung bình sau: +Đối với xe du lịch: m 2k = 1,2 ÷ 1,4 Chọn sơ bộ m 2k = 1,3
Trường hợp xe đang phanh: m 2k = m 2p và có thể lấy theo giá trị trung bình sau:
+Đối với xe du lịch: m 2p = 0,8 ÷ 0,85 Chọn sơ bộ m 2p = 0,825
9.1 Trường hợp 1 (Lực X đạt giá trị cực đại 𝐗 𝐢 = 𝐗 𝐦𝐚𝐱 )
Khi truyền với lực kéo cực đại:
Khi đang phanh với lực phanh cực đại:
Trong đó: φ – hệ số bám dọc: φ ≈ 0,7 ÷ 0,8 Chọn φ = 0,75 i h1 – Tỉ số truyền hộp số (khi lực kéo cực đại thì tính ở tay số 1)
Trường hợp 2 (Lực Y đạt giá trị cực đại 𝐘𝐢 = 𝐘𝐦𝐚𝐱)
1,770 ) = 0 (N) Trong đó: φ 1 – hệ số bám ngang, có thể lấy φ 1 ≈ 1 m 2 = 1 khi xe trượt ngang
Trường hợp 3 (Lực Z đạt giá trị cực đại 𝐙𝐢 = 𝐙𝐦𝐚𝐱)
2.2 = 10650 (N) Trong đó: kđ – hệ số động khi xe chuyển động trên đường lồi lõm và xe bị xóc mạnh.Với xe du lịch và xe buýt k đ ≈ 2 Ứng suất cho phép của các bán trục như sau:
+Khi nửa trục chịu uốn và xoắn, thì ứng suất tổng hợp cho phép sẽ là:
[σ th ] = 600 750 (MN/m 2 ) Chọn [σ th ] = 600(MN/m 2 ) +Với hệ số dư bền là 2,5 ⇒ [σ th ] = 240 (MN/m 2 ) để tính d cho 3 trường hợp
+Khi nữa trục chỉ chịu xoắn thì ứng suất cho phép là:
+Góc xoắn trên 1m chiều dài của nữa trục là θ = 9° ÷ 15° Đối với dòng xe du lịch tính toán, thiết kế bán trục giảm tải 1/2
Chọn b = 40 (mm) – khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm bạc đạn (ổ đỡ).
Trường hợp 1 (Lực X đạt giá trị cực đại 𝐗𝐢 = 𝐗𝐦𝐚𝐱)
Khi truyền với lực kéo cực đại: Ứng suất uốn tại tiết diện bạc đạn với tác dụng đồng thời các lực X1 và Z2 σ u =√M uxl 2 + M uzl 2
0,1d 3 Trong đó: d - đường kính của bán trục tại tiết diện (m)
X 1 , X 2 , Z 1 , Z 2 tính bằng MN Suy ra: σ u = b
= 240 10 6 ⇒ d = 0,025 (m) Ứng suất tổng hợp cả uốn và xoắn là: σ th = M th
⇒ d = 0,042 (m) Ứng suất uốn được xác định theo phương trình: σ u =b m 2p G 2
Trường hợp 2 (Lực Y đạt giá trị cực đại 𝐘𝐢 = 𝐘𝐦𝐚𝐱)
Ứng suất uốn tại tiết diện đặt bạc đạn ngoài: σ u =M u1
Trường hợp 3 (Lực Z đạt giá trị cực đại 𝐙𝐢 = 𝐙𝐦𝐚𝐱)
Lúc này các nửa trục chỉ chịu uốn:
2.2 = 426 (Nm) Ứng suất uốn tại tiết diện đặt bạc đạn ngoài: σ u = M u1
Vậy ta chọn d = 0,049 (m) để thiết kế, kiểm nghiệm bền bán trục
10 Kiểm nghiệm bền bán trục
10.1 Trường hợp 1 (Lực X đạt giá trị cực đại 𝐗 𝐢 = 𝐗 𝐦𝐚𝐱 )
Moment uốn do X1, X2 gây nên trong mặt phẳng ngang:
Moment xoắn do X1, X2 gây nên:
Moment uốn do Z1, Z2 gây nên trong mặt phẳng đứng
Khi truyền lực kéo cực đại Ứng suất uốn tại tiết diện bạc đạn với tác dụng đồng thời các lực X1 và Z2 σ u =√M uxl 2 + M uzl 2
0,1 d 3 Trong đó: d - đường kính của bán trục tại tiết diện (m)
X 1 , X 2 , Z 1 , Z 2 tính bằng MN Suy ra: σ u = b
= 30,76(MN/m 2 ) < 600 MN/m 2 (thỏa mãn điều kiện bền) Ứng suất tổng hợp cả uốn và xoắn là: σ th = M th
Khi truyền lực phanh cực đại Ứng suất uốn được xác định theo phương trình σ u =b m 2p G 2
0,2 0,049 3 2 √1 + 0,75 2 = 18670473,19(N/m 2 ) = 18,67 (MN/m 2 ) < 600(MN/m 2 )(thỏa điều kiện)
Trường hợp 2 (Lực Y đạt giá trị cực đại 𝐘𝐢 = 𝐘𝐦𝐚𝐱)
Ứng suất uốn tại tiết diện đặt bạc đạn ngoài: σ u =M u1
1,770 ) ∙ (1.0,3 − 0,04) = 235361116,5 (N/m 2 ) = 235,36(MN/m 2 < 600(MN/m 2 )(thỏa kiện bền)
Trường hợp 3 (Lực Z đạt giá trị cực đại 𝐙𝐢 = 𝐙𝐦𝐚𝐱) 27 11.Tài liệu tham khảo _ 28
Lúc này các nửa trục chỉ chịu uốn:
2.2 = 426 (Nm) Ứng suất uốn tại tiết diện đặt bạc đạn ngoài: σ u = M u1
0,1 0,049 3 = 36209402,54(N/m 2 ) = 36,09(MN/m 2 ) < 600 MN/m 2 (thỏa điều kiện)
