thiết kế cầu xe cho ôtô chở khách loại nhỏ

Cầu chủ động của ô tô bao gồm các cụm tổng thành sau: - Truyền lực chính - Cơ cấu vi sai - Bán trục - Dầm cầu Để đảm bảo khả năng làm việc cầu xe phải đạt đợc các yêu cầu sau : -

Chơng I phân tích đặc điểm kết cấu cầu xe

và chọn phơng án thiết kế

1.1 Yêu cầu đối với cầu xe

Cầu xe chủ động là tổng thành cuối cùng trong hệ thống truyền lực Nó có

chức năng là tăng mô men, truyền mô men và phân phối mô men xoắn tới các bánh xe chủ động Mặt khác nó còn nhận phản lực từ mặt đờng tác dụng lên

và đỡ toàn bộ phần trọng lợng của xe phân bố lên cầu

Cầu chủ động của ô tô bao gồm các cụm tổng thành sau:

- Truyền lực chính

- Cơ cấu vi sai

- Bán trục

- Dầm cầu

Để đảm bảo khả năng làm việc cầu xe phải đạt đợc các yêu cầu sau :

- Bảo đảm truyền lực đều, có tỷ số truyền hợp lý phù hợp với chất lợng kéo

và tính kinh tế nhiên liệu

- Hiệu suất truyên động cao, làm việc không ồn

- Truyền lực chính hai cấp

1.2.1 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)

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

1.2.2 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

- 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

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

- 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 đờng 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

- 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 nhng làm tăng góc lệch trục các đăng.Trục vít trên thì tăng 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)

1.2.2.2 Truyền lực chính kép

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

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

1.2.2.3 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 thờng

Vật 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

- Vi sai kiểu trục vít.

1.3.1 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 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

- 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

1.3.2 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

1.3.2.1 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

Trị số mô men hãm sẽ không phải là một hằng số mà sẽ tỉ lệ với mô men truyền lên các bánh xe

1.3.2.3 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

Trong 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 α của cam

Loại vi sai cam đợc sử dụng phổ biến với xe có tải trọng lớn

1.3.2.4 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 thờng áp dụng cho các loại xe tải trọng lớn

Qua phân tích kết cấu các loại vi sai và áp dụng vào điều kiện cụ thể của đề tài “Thiết kế cầu xe cho xe chỉ huy UAZ-31512” ta chọn loại vi sai bánh răng côn đối xứng

1.4 Bán trục

Bán trục là bộ phận dùng để truyền lực tới bánh xe, nó có nhiều loại khác

nhau tuỳ theo cách phân loại

1.4.1 Công dụng, phân loại,yêu cầu

Bán trục có những công dụng :

- Truyền mô men xoắn từ truyền lực chính đến các bánh xe chủ động

- Chịu một phần tải trọng từ mặt đờng truyền lên qua bánh xe

Bán trục đợc phân loại theo các chỉ tiêu sau đây :

a/ Theo kết cấu của cầu :

- Cầu liền

- Cầu rời

b/ Theo mức độ chịu lực hớng kính và lực chiều trục :

- Loại bán trục không giảm tải

- Loại bán trục giảm tải một nửa

- Loại bán trục giảm tải ba phần t

- Loại bán trục giảm tải hoàn toàn

Để bảo đảm khả năng làm bán cần đạt các yêu cầu:

a/ Dù hệ thống treo nằm ở vị trí nào truyền động đến các bánh xe chủ động cũng phải đảm bảo truyền hết mô men xoắn đến các bánh xe chủ động

b/ Khi truyền mô men quay vận tốc góc của các bánh xe chủ động cũng nh bánh xe dẫn hớng đều không thay đổi

1.4.2 Phân tích kết cấu các loại bán trục

Để chọn đợc phơng án thiết kế hợp lý, sau đây chúng ta đi phân tích kết cấu của một số loại bán trục

1.4.2.1 Loại bán trục không giảm tải

Khi đó ổ bi trong và ổ bi ngoài đều đặt trực tiếp trên bán trục, trờng hợp này bán trục chịu toàn bộ các lực Mô men uốn gây nên do lực vòng từ bánh răng chậu chuyển về đầu bán trục, mô men xoắn Mx, phản lực thẳng đứng từ bánh xe Zbx, lực kéo Xk, lực phanh Xp, lực cản trợt ngang Y xuất hiện khi ô tô

đi trên đờng nghiêng hay quay vòng, nghĩa là tất cả các ngoại lực từ phía đờng

và lực vòng của bánh răng chậu

Loại bán trục không giảm tải hiện tại các ô tô đều không dùng

H-1.2 Bán trục không giảm tải

1.4.2.2 Loại bán trục giảm tải một nửa

Khi đó ổ bi trong đặt trên vỏ vi sai còn ổ bi ngoài đặt ngay trên bán trục, bán trục sẽ chịu các lực và mô men sau:

Từ phía mặt đờng: có các lực và phản lực Zbx, Xk, Xp, Y

Về mô men có Mk, Mp, Mz, My

Về phía vi sai có phản lực R, Y và mô men Mk hay Mp

Loại bán trục giảm tải một nửa đợc dùng ở các máy kéo và một số xe du lịch nh : Mockơvic, Zil-110…

H-1.3 Bán trục giảm tải một nửa1.4.2.3 Loại bán trục giảm tải ba phần t

Loại này ổ bi trong đựoc đặt trên vỏ vi sai còn ổ bi ngoài đặt trên dầm cầu

và lồng vào trong moayơ của bánh xe

Bố trí nh vậy bán trục chỉ chịu tác dụng của mô men xoắn Mk hay mô men phanh Mp và phản lực tác dụng ngang của đất Y

Các lực kéo tiếp tuyến Xk và phản lực của đất thẳng đứng Zbx do dầm cầu chịu

ở loại này ổ bi ngoài có thể là ổ bi cầu hai dãy, có thể là ổ bi đũa nhng chỉ

1.4.2.4 Loại bán trục giảm tải hoàn toàn

Nó chỉ khác loại giảm tải ba phần t là ổ bi ngoài là hai ổ bi đặt gần nhau (có thể là một ổ bi cầu và một ổ bi côn) Nh vậy bán trục chỉ chịu tác dụng của mô men Mk hay Mp từ phía vi sai (khi phanh bằng phanh trung ơng) và mô men

Mk hay Mp từ phía đờng tác dụng lên (khi hãm bằng phanh trung ơng)

Các lực Xk, Y, Zbx sẽ không truyền đến trục mà chỉ truyền đến dầm cầu

H-1.5 Bán trục giảm tải hoàn toàn

* u điểm :

- Nó chỉ chịu mô men xoắn tác dụng lên bán trục khi xe hoạt động

- Kích thớc của bán trục không yêu cầu lớn mà vẫn bảo đảm truyền tốt mô men xoắn đến các bánh xe

- Khi bán trục bị vỡ thì vẫn có thể kéo xe mà không cần dùng thiết bị phụ khác

* Nhợc điểm :

Do trục của moayơ bánh xe và bánh răng bán trục của bộ vi sai ở cầu xe không đồng trục nên khó giữ bán trục vuông góc với bánh xe Vì vậy khi xiết

bu lông bắt bán trục với moayơ bánh xe sẽ phát sinh biến dạng uốn ở bán trục

và đầu phía trong của bán trục tựa trên thành lỗ của bánh răng bán trục của bộ

Dầm cầu là bộ phận rất quan trọng của cầu xe, dầm cầu thờng đợc làm bắng

vật liệu gang hay thép

1.5.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

Dần cầu có những công dụng sau :

- Để bảo vệ các cụm cơ cấu bên trong (vi sai, truyền lực chính, ) tránh …chảy dầu bơi trơn ra ngoài, tránh lọt bụi, lọt nớc, vào các cơ cấu bên trong …

vỏ cầu

- Với hệ thống treo phụ thuộc còn dùng để đỡ toàn bộ trọng lợng của phần

đợc treo của xe phân bố lên cầu đó Nó còn nhận và truyền các phản lực, các mô men phát sinh do tác động tơng hỗ giữa bánh xe với mặt đờng lên khung

xe hoặc vỏ xe

Dầm cầu đợc phân loại theo các chỉ tiêu sau :

a/ Theo đặc điểm kết cấu :

Dầm cầu liền đợc áp dụng phổ biến với các loại xe tải trọng vừa và lớn, hiện nay nó cũng sử dụng với các xe tải, xe kéo nhng có các biện pháp kết cấu để tăng cứng vững cho vỏ

1.5.2.2 Dầm cầu rời

Loại này có thế chế tạo bằng phơng pháp đúc hoặc dập hàn Một số ô tô vận tải hạng trung sử dụng vỏ cầu ghép đợc gia công bằng phơng pháp đúc, ở mặt trong và mặt ngoài đợc gia công các gân tăng cứng

Vỏ cầu chế tạo bằng phơng pháp hàn dập có độ cứng vững và độ bền không cao Nếu trờng hợp một phần chi tiết của vỏ cầu bị hỏng thì không thế tháo rời

ra để thay thế mà phải thay thế toàn bộ vỏ cầu rất tốn kém

Dầm cầu tháo rời đợc tuy cứng vững không cao song lại thuận tiện trong tháo lắp các cụm chi tiết của cầu xe nên nó đợc sử dụng nhiều trên xe con và

xe tải trọng nhỏ

Trên cơ sở phân tích về kết cấu và u nhợc điểm các chi tiết của cầu xe, áp dụng cho trờng hợp của đề tài thiết kế cầu xe cho ôtô chở khách loại nhỏ có công thức bánh xe 4x2, tôi chọn phơng án thiết kế cầu chủ động là:

- Truyền lực chính đơn hypôit

- Vi sai đối xứng

Chơng Ii tính toán thiết kế cầu xe

2.1 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 khách nhỏ:

Thiết kế tính toán truyền lực chính ( tlc ).

2.2 Đặc điểm kết cấu của truyền lực chính đơn hypôit

Truyền lực chính (TLC)đơn hypôit là loại TLC có một cặp bánh răng nón ăn khớp trong không gian và có hai trục không cắt nhau

- Ưu điểm :

+Trục của bánh răng chủ động dịch chuyển đợc so với bánh răng bị

động (độ dịch chuyển) do đó hạ thấp đợc trọng tâm của ô tô, cho phép tăng độ

dùng dầu bôi trơn đặc biệt

+Đòi hỏi phải lắp ráp chính xácvà bánh răng chủ động phải có điêm tựa thật chắc

2

Z Z